Biorole hormonů. Hormony regulují mnoho životních procesů – metabolismus, funkce buněk a orgánů, syntézu matrix (transkripce, translace) a další procesy determinované genomem (proliferace, růst, diferenciace, adaptace, buněčný šok, apoptóza a

Hormonální receptory Biologický účinek hormonů se projevuje jejich interakcí s receptory cílových buněk. Buňky, které jsou nejcitlivější na vliv určitého hormonu, se nazývají cílové buňky. Specifičnost hormonů ve vztahu k cílovým buňkám

Kapitola 13. Vlastnosti působení hormonů Hormony hypotalamu Centrální nervový systém má regulační účinek na endokrinní systém prostřednictvím hypotalamu. V buňkách neuronů hypotalamu jsou syntetizovány dva typy peptidových hormonů. Některé přes hypotalamo-hypofyzární cévní systém

Kapitola 14. Biochemie výživy Nauka o jídle a výživě se nazývá nutriční věda (z řeckého nutritio - výživa). Nutriciologie nebo věda o výživě je věda o jídle, živin a další složky obsažené v potravinářských výrobcích, jejich vzájemné působení, úloha při udržování

Kapitola 22. Metabolismus cholesterolu. Biochemie aterosklerózy Cholesterol je steroid charakteristický pouze pro živočišné organismy. Hlavním místem jeho tvorby v lidském těle jsou játra, kde se syntetizuje 50 % cholesterolu, v tenké střevo Tvoří se ho 15–20 %, zbytek

Biochemie aterosklerózy Ateroskleróza je patologie charakterizovaná výskytem aterogenních plátů na vnitřním povrchu cévní stěny. Jedním z hlavních důvodů pro rozvoj takové patologie je nerovnováha mezi příjmem cholesterolu z potravy, jeho

Kapitola 28. Biochemie jater Játra zaujímají ústřední místo v metabolismu a plní různé funkce: 1. Homeostatika - reguluje obsah látek v krvi vstupujících do těla s potravou, čímž zajišťuje stálost vnitřního prostředí těla.2.

Kapitola 30. Biochemie krve Krev je tekutá, pohyblivá tkáň, která se pohybuje krevními cévami. Působí jako transportní a komunikační nástroj, který integruje metabolismus v různých orgánech a tkáních do jediného systému. Obecná charakteristika Celkový objem krve u dospělého

Kapitola 31. Biochemie ledvin Ledviny jsou párový orgán, jehož hlavní stavební jednotkou je nefron. Ledviny jsou díky dobrému prokrvení v neustálé interakci s ostatními tkáněmi a orgány a jsou schopny ovlivňovat stav vnitřního prostředí všeho.

Kapitola 33. Biochemie svalové tkáně Pohyblivost je charakteristická vlastnost všech forem života - divergence chromozomů v mitotickém aparátu buněk, šroubovací pohyby bičíků bakterií, křídla ptáků, přesné pohyby lidská ruka, mocná práce svalů nohou. Všechno

Biochemie svalové únavy Únava je stav organismu, který vzniká v důsledku déletrvající svalové zátěže a je charakterizován přechodným poklesem výkonnosti.Ústřední roli při vzniku únavy má nervový systém. Ve stavu únavy

Kapitola 34. Biochemie pojivové tkáně Pojivová tkáň tvoří asi polovinu sušiny těla. Všechny typy pojivové tkáně, navzdory jejich morfologickým odlišnostem, jsou budovány podle obecných zásad: 1. Obsahuje málo buněk ve srovnání s ostatními

Hormony zahrnují sloučeniny různé chemické povahy, produkované v endokrinních žlázách, vylučované přímo do krve a mající vzdálený biologický účinek. Jsou humorálními zprostředkovateli, kteří zajišťují vstup signálu do cílových buněk a způsobují specifické změny ve tkáních a orgánech na ně citlivých. Samostatně se izolují tkáňové hormony syntetizované speciálními endokrinními nebo pracovními buňkami. vnitřní orgány(ledviny, střeva, plíce, žaludek atd.), krev a působí především v místě produkce.

Hormony působí ve velmi nízkých koncentracích (10 -3 –10 -12 mol/l). Každý z nich má svůj vlastní rytmus sekrece během dne, měsíce nebo ročního období, období života specifické pro každý hormon, obvykle velmi krátké (sekundy, minuty, zřídka hodiny).

Podle své chemické povahy patří hormonální molekuly do tří skupin sloučenin:

• proteiny a peptidy;
• deriváty aminokyselin;
• steroidy a deriváty mastných kyselin.

Nařízení

Regulaci činnosti endokrinních orgánů provádí centrální nervový systém přímými inervačními vlivy (neurovodivá složka), jakož i řízením hypofýzy faktory uvolňujícími hypotalamus: stimulujícími liberiny a inhibičními statiny (neuro- endokrinní složka). Hypofýza přenáší tyto signály ve formě svých tropických hormonů do příslušných endokrinních žláz. Hormony ovlivňují práci nervový systém změnami obsahu glukózy, regulací syntézy bílkovin v mozku, potenciaci působení mediátorů atd. Nejčastěji se toto ovlivnění provádí mechanismem negativní zpětné vazby. Stejný mechanismus funguje v rámci endokrinního systému: hormony z periferních žláz snižují činnost centrální žlázy, hypofýzy.

Syntéza

Syntéza hormonů v endokrinních žlázách a buňkách je zpravidla dokončena ve fázi tvorby aktivní forma. Někdy jsou syntetizovány malé nebo žádné aktivní molekuly nazývané prohormony. Touto formou lze provést rezervu nebo transport na místo příjmu (např. po enzymatickém odštěpení C-peptidu z proinzulinu se uvolňuje aktivní inzulín).

Vylučování

Sekrece hormonů do krve probíhá aktivním uvolňováním a závisí na nervových, endokrinních a metabolických vlivech. U endokrinních nádorů může být tato závislost narušena a hormony jsou vylučovány spontánně.

Molekuly hormonů se mohou ukládat v buňkách žláz s vnitřní sekrecí (někdy i pracovních orgánů) díky tvorbě komplexu s proteiny, dvojmocnými ionty kovů, RNA nebo akumulací uvnitř subcelulárních struktur.

Doprava

Transport hormonu z místa syntézy do místa účinku, metabolismus nebo vylučování se provádí krví. Až 10 % z celkového množství hormonu cirkuluje ve volné formě, zbytek poolu je v kombinaci s plazmatickými bílkovinami a krvinkami. Méně než 10 % hormonu je vázáno na nespecifický transportní protein, albumin, a více než 90 % se váže na specifické proteiny. Specifické proteiny jsou: transkortin pro kortikosteroidy a progesteron, globulin vázající pohlavní steroidy pro androgeny a estrogeny, vázání tyroxinu a inter-a-globuliny pro štítnou žlázu, globulin vázající inzulín a další. Po vstupu do komplexu s proteiny se hormony ukládají v krevním řečišti a dočasně se vypínají ze sféry biologického působení a metabolických přeměn (reverzibilní inaktivace). Aktivuje se volná forma hormonu. S ohledem na tuto skutečnost byly vyvinuty metody pro stanovení celkového množství hormonu, volných a na protein vázaných forem a samotných nosných proteinů.

Recepce

Příjem a účinek hormonu na cílové orgány je hlavním článkem endokrinní regulace. Schopnost hormonu přenášet regulační signál je způsobena přítomností specifických receptorů v cílových buňkách.

Receptory jsou ve většině případů proteiny, hlavně glykoproteiny, které mají specifické fosfolipidové mikroprostředí. Vazba hormonu na receptor je určena zákonem hromadného působení podle Michaelisovy kinetiky. Při příjmu může docházet k pozitivním nebo negativním kooperativním efektům, kdy asociace prvních molekul hormonu s receptorem usnadňuje nebo brání navázání dalších molekul.

Receptorový aparát zajišťuje selektivní příjem hormonálního signálu a iniciaci specifického účinku v buňce. Lokalizace receptorů do určité míry určuje typ účinku hormonu. Zvýraznit několik skupin receptorů:

1) Povrch: při interakci s hormonem mění konformaci membrán, čímž stimulují přenos iontů nebo substrátů do buňky (inzulín, acetylcholin).

2). Transmembránové: mají kontaktní místo na povrchu a intramembránovou efektorovou část spojenou s adenylát nebo guanylát cyklázou. Tvorba intracelulárních messengerů - cAMP a cGMP - stimuluje specifické proteinkinázy, které ovlivňují syntézu proteinů, aktivitu enzymů atd. (polypeptidy, aminy).

3) Cytoplazmatický: váží se na hormon a vstupují do jádra ve formě aktivního komplexu, kde se dostávají do kontaktu s akceptorem, což vede ke zvýšené syntéze RNA a proteinu (steroidů).

4) Nukleární: existují ve formě komplexu nehistonového proteinu a chromatinu. Kontakt s hormonem přímo zapíná jeho mechanismus účinku (hormony štítné žlázy).

Velikost hormonálního účinku závisí na koncentraci hormonálního receptoru vstupujícího do cílových buněk, na počtu specifických receptorů, stupni jejich afinity a selektivitě k hormonu. Velikost účinku lze ovlivnit působením dalších hormonů, a to jak antagonistických (inzulín a glukokortikoidy mají opačné účinky na vstup glukózy do buňky), tak potenciačních (glukokortikoidy zesilují účinek katecholaminů na srdce a mozek).

Studium fungování receptorového aparátu je relevantní na klinice, zvláště když diabetes mellitus způsobené rezistencí na inzulínové receptory, syndromem testikulární feminizace nebo stanovením hormonálně citlivých nádorů prsu.

Deaktivace

K inaktivaci hormonů dochází vlivem příslušných enzymatických systémů v samotných žlázách s vnitřní sekrecí, v cílových orgánech a také v krvi, játrech a ledvinách.

Základní chemické přeměny hormonů:

• tvorba esterů kyseliny sírové nebo glukuronové;
• oddělování úseků molekul;
• změna struktury aktivních míst pomocí methylace, acetylace atd.;
• oxidace, redukce nebo hydroxylace.

Katabolismus je důležitým mechanismem pro regulaci hormonální aktivity. Ovlivňováním koncentrace volného hormonu v krvi prostřednictvím mechanismu zpětné vazby je řízena rychlost jeho sekrece žlázou. Zvýšený katabolismus posouvá dynamickou rovnováhu v krvi mezi volným a vázaným hormonem směrem k jeho volné formě, čímž se zvyšuje přístup hormonu do tkání. Dlouhodobé zvýšení odbourávání určitých hormonů může potlačit biosyntézu specifických transportních proteinů, čímž se zvýší zásoba volného aktivního hormonu. Rychlost destrukce hormonu – jeho metabolická clearance – se odhaduje podle objemu plazmy očištěné od studovaných molekul za jednotku času.

Odstranění

Vylučování hormonů a jejich metabolitů se provádí ledvinami močí, játry žlučí, gastrointestinální trakt s trávicími šťávami, kůží a potem. Produkty rozkladu peptidových hormonů vstupují do celkového množství aminokyselin v těle.

Způsob eliminace závisí na vlastnostech hormonu nebo jeho metabolitu: struktuře, rozpustnosti atd.

Prioritním materiálem při studiu vylučování hormonů na klinice je moč. Studium části nebo celkového množství vylučovaných hormonů a metabolitů v moči poskytuje představu o celkovém množství sekrece hormonů za den nebo v určitých obdobích.

Endokrinní funkce je tedy komplexní, vícesložkový systém vzájemně propojených procesů, které na různých úrovních určují jak specificitu a sílu hormonálního signálu, tak i citlivost buněk a tkání na daný hormon.

Poruchy v endokrinním regulačním systému mohou být spojeny s kteroukoli z uvedených vazeb.

• Vpřed >

Jedná se o biologicky aktivní látky, které jsou v malých množstvích syntetizovány ve specializovaných buňkách endokrinního systému a jsou dodávány prostřednictvím cirkulujících tekutin (například krve) do cílových buněk, kde uplatňují svůj regulační účinek.

Hormony, stejně jako jiné signální molekuly, sdílejí některé společné vlastnosti.

1. se uvolňují z buněk, které je produkují, do extracelulárního prostoru;
2. nejsou strukturálními součástmi buněk a nejsou využívány jako zdroj energie;
3. jsou schopni specificky interagovat s buňkami, které mají receptory pro tento hormon;
4. mají velmi vysokou biologickou aktivitu- působí účinně na buňky ve velmi nízkých koncentracích (asi 10-6-10-11 mol/l).

Mechanismy působení hormonů

Hormony mají vliv na cílové buňky.

Cílové buňky- jedná se o buňky, které specificky interagují s hormony pomocí speciálních receptorových proteinů. Tyto receptorové proteiny jsou umístěny na vnější membráně buňky nebo v cytoplazmě nebo na jaderné membráně a dalších organelách buňky.

Biochemické mechanismy přenosu signálu z hormonu do cílové buňky.

Jakýkoli receptorový protein se skládá z alespoň dvou domén (oblastí), které zajišťují dvě funkce:

1. rozpoznávání hormonů;
2. transformaci a přenos přijatého signálu do buňky.

Jak receptorový protein rozpozná molekulu hormonu, se kterou může interagovat?

Jedna z domén receptorového proteinu obsahuje oblast, která je komplementární k některé části signální molekuly. Proces vazby receptoru na signální molekulu je podobný procesu tvorby komplexu enzym-substrát a může být určen hodnotou afinitní konstanty.

Většina receptorů nebyla dostatečně prostudována, protože jejich izolace a čištění je velmi obtížné a obsah každého typu receptoru v buňkách je velmi nízký. Ale je známo, že hormony interagují se svými receptory fyzikálními a chemickými prostředky. Mezi molekulou hormonu a receptorem se tvoří elektrostatické a hydrofobní interakce. Když se receptor naváže na hormon, dochází ke konformačním změnám v receptorovém proteinu a aktivuje se komplex signální molekuly s receptorovým proteinem. Ve svém aktivním stavu může způsobit specifické intracelulární reakce v reakci na přijatý signál. Pokud je narušena syntéza nebo schopnost receptorových proteinů vázat se na signální molekuly, dochází k onemocněním – endokrinním poruchám.

Existují tři typy takových onemocnění.

1. Souvisí s nedostatečnou syntézou receptorových proteinů.
2. Souvisí se změnami ve struktuře receptoru - genetické vady.
3. Spojeno s blokováním receptorových proteinů protilátkami.

Mechanismy působení hormonů na cílové buňky. V závislosti na struktuře hormonu existují dva typy interakce. Pokud je molekula hormonu lipofilní (například steroidní hormony), pak může pronikat lipidovou vrstvou vnější membrány cílových buněk. Pokud je molekula velká nebo polární, pak je její pronikání do buňky nemožné. Proto u lipofilních hormonů jsou receptory umístěny uvnitř cílových buněk a u hydrofilních hormonů jsou receptory umístěny ve vnější membráně.

K získání buněčné odpovědi na hormonální signál v případě hydrofilních molekul funguje mechanismus intracelulárního přenosu signálu. K tomu dochází za účasti látek nazývaných druzí poslové. Molekuly hormonů mají velmi rozmanitý tvar, ale „druzí poslové“ nikoli.

Spolehlivost přenosu signálu je zajištěna velmi vysokou afinitou hormonu k jeho receptorovému proteinu.

Jací jsou prostředníci, kteří se podílejí na intracelulárním přenosu humorálních signálů?

Jedná se o cyklické nukleotidy (cAMP a cGMP), inositoltrifosfát, protein vázající vápník – kalmodulin, ionty vápníku, enzymy podílející se na syntéze cyklických nukleotidů a také proteinkinázy – enzymy fosforylace proteinů. Všechny tyto látky se podílejí na regulaci aktivity jednotlivých enzymových systémů v cílových buňkách.

Podívejme se podrobněji na mechanismy působení hormonů a intracelulárních mediátorů.

Existují dva hlavní způsoby přenosu signálu do cílových buněk ze signálních molekul s membránovým mechanismem účinku:

1. systémy adenylátcyklázy (nebo guanylátcyklázy);
2. fosfoinositidový mechanismus.

Adenylátcyklázový systém.

Hlavní komponenty: membránový receptorový protein, G protein, enzym adenylátcykláza, guanosintrifosfát, proteinkinázy.

Navíc pro normální fungování adenylátcyklázový systém, vyžaduje ATP.

Receptorový protein, G-protein, vedle kterého se nachází GTP a enzym (adenylátcykláza), je zabudován do buněčné membrány.

Do doby působení hormonu jsou tyto složky v disociovaném stavu a po vytvoření komplexu signální molekuly s receptorovým proteinem dochází ke změnám v konformaci G proteinu. Výsledkem je, že jedna z podjednotek G proteinu získává schopnost vázat se na GTP.

Komplex G protein-GTP aktivuje adenylátcyklázu. Adenylátcykláza začíná aktivně přeměňovat molekuly ATP na c-AMP.

c-AMP má schopnost aktivovat speciální enzymy - proteinkinázy, které katalyzují fosforylační reakce různých proteinů za účasti ATP. V tomto případě jsou v molekulách proteinu zahrnuty zbytky kyseliny fosforečné. Hlavním výsledkem tohoto fosforylačního procesu je změna aktivity fosforylovaného proteinu. V různých typech buněk podléhají proteiny s různými funkčními aktivitami fosforylaci v důsledku aktivace systému adenylátcyklázy. Mohou to být například enzymy, jaderné proteiny, membránové proteiny. V důsledku fosforylační reakce se proteiny mohou stát funkčně aktivními nebo neaktivními.

Takové procesy povedou ke změnám v rychlosti biochemických procesů v cílové buňce.

Aktivace systému adenylátcyklázy trvá velmi krátkou dobu, protože G protein po navázání na adenylátcyklázu začíná vykazovat aktivitu GTPázy. Po hydrolýze GTP protein G obnoví svou konformaci a přestane aktivovat adenylátcyklázu. V důsledku toho se reakce tvorby cAMP zastaví.

Kromě účastníků systému adenylátcyklázy obsahují některé cílové buňky receptorové proteiny spřažené s G proteinem, které vedou k inhibici adenylátcyklázy. V tomto případě proteinový komplex GTP-G inhibuje adenylátcyklázu.

Když se tvorba cAMP zastaví, fosforylační reakce v buňce se nezastaví okamžitě: dokud budou molekuly cAMP existovat, proces aktivace proteinkináz bude pokračovat. K zastavení působení cAMP je v buňkách speciální enzym - fosfodiesteráza, který katalyzuje hydrolytickou reakci 3,5"-cyklo-AMP na AMP.

Některé látky, které mají inhibiční účinek na fosfodiesterázu (například alkaloidy kofein, teofylin), pomáhají udržovat a zvyšovat koncentraci cyklo-AMP v buňce. Pod vlivem těchto látek v těle se doba aktivace adenylátcyklázového systému prodlužuje, tj. zvyšuje se účinek hormonu.

Kromě adenylátcyklázových nebo guanylátcyklázových systémů existuje také mechanismus pro přenos informací uvnitř cílové buňky za účasti vápenatých iontů a inositoltrifosfátu.

Inositoltrifosfát je látka, která je derivátem komplexního lipidu - inositol fosfatidu. Vzniká v důsledku působení speciálního enzymu – fosfolipázy „C“, která se aktivuje v důsledku konformačních změn v intracelulární doméně membránového receptorového proteinu.

Tento enzym hydrolyzuje fosfoesterovou vazbu v molekule fosfatidylinositol-4,5-bisfosfátu za vzniku diacylglycerolu a inositoltrifosfátu.

Je známo, že tvorba diacylglycerolu a inositoltrifosfátu vede ke zvýšení koncentrace ionizovaného vápníku uvnitř buňky. To vede k aktivaci mnoha proteinů závislých na vápníku uvnitř buňky, včetně aktivace různých proteinkináz. A zde, stejně jako u aktivace systému adenylátcyklázy, je jedním ze stupňů přenosu signálu uvnitř buňky fosforylace proteinů, která vede k fyziologické odpovědi buňky na působení hormonu.

Speciální protein vázající vápník, kalmodulin, se účastní fosfoinositidového signalizačního mechanismu v cílové buňce. Jedná se o protein s nízkou molekulovou hmotností (17 kDa), z 30 % sestávající z negativně nabitých aminokyselin (Glu, Asp), a proto je schopen aktivně vázat Ca+2. Jedna molekula kalmodulinu má 4 vazebná místa pro vápník. Po interakci s Ca+2 dochází ke konformačním změnám v molekule kalmodulinu a komplex „Ca+2-kalmodulin“ se stává schopným regulovat aktivitu (alostericky inhibovat nebo aktivovat) mnoho enzymů - adenylátcyklázy, fosfodiesterázy, Ca+2,Mg+ 2-ATPáza a různé proteinkinázy.

V různých buňkách, kdy komplex Ca+2-kalmodulin působí na isoenzymy stejného enzymu (například různé typy adenylátcyklázy), je v některých případech pozorována aktivace a v jiných případech je pozorována inhibice reakce tvorby cAMP. K těmto odlišným účinkům dochází proto, že alosterická centra izoenzymů mohou obsahovat různé aminokyselinové radikály a jejich reakce na působení komplexu Ca+2-kalmodulin bude různá.

Role „druhých poslů“ pro přenos signálů z hormonů v cílových buňkách tedy může být:

1. cyklické nukleotidy (c-AMP a c-GMP);
2. Ca ionty;
3. komplex "Ca-kalmodulin";
4. diacylglycerol;
5. inositol trifosfát.

Mechanismy pro přenos informací z hormonů uvnitř cílových buněk pomocí uvedených zprostředkovatelů mají společné rysy:

1. jedním ze stupňů přenosu signálu je fosforylace proteinu;
2. k zastavení aktivace dochází v důsledku speciálních mechanismů iniciovaných samotnými účastníky procesu – existují mechanismy negativní zpětné vazby.

Hormony jsou hlavními humorálními regulátory fyziologických funkcí těla a jejich vlastnosti, procesy biosyntézy a mechanismy účinku jsou dnes dobře známy.

Způsoby, kterými se hormony liší od jiných signálních molekul, jsou následující.

1. K syntéze hormonů dochází v speciální buňky endokrinní systém. V tomto případě je syntéza hormonů hlavní funkcí endokrinních buněk.
2. Hormony se vylučují do krve, často do žil, někdy do lymfy. Jiné signální molekuly mohou dosáhnout cílových buněk bez sekrece do cirkulujících tekutin.
3. Telekrinní efekt (nebo vzdálená akce)- hormony působí na cílové buňky ve velké vzdálenosti od místa syntézy.

Hormony jsou vysoce specifické látky ve vztahu k cílovým buňkám a mají velmi vysokou biologickou aktivitu.

Chemická struktura hormonů

Struktura hormonů je různá. V současné době bylo popsáno a izolováno asi 160 různých hormonů z různých mnohobuněčných organismů.

Podle chemická struktura Hormony lze rozdělit do tří tříd:

1. protein-peptidové hormony;
2. deriváty aminokyselin;
3. steroidní hormony.

První třída zahrnuje hormony hypotalamu a hypofýzy (v těchto žlázách jsou syntetizovány peptidy a některé proteiny), dále hormony slinivky břišní a příštítných tělísek a jeden z hormonů štítné žlázy.

Druhá třída zahrnuje aminy, které jsou syntetizovány v dřeni nadledvin a v epifýze, stejně jako hormony štítné žlázy obsahující jód.

Třetí třída jsou steroidní hormony, které jsou syntetizovány v kůře nadledvin a gonádách. Steroidy se od sebe liší počtem atomů uhlíku:

Od 21- hormony kůry nadledvin a progesteron;

Od 19- mužské pohlavní hormony - androgeny a testosteron;

Od 18- ženské pohlavní hormony - estrogeny.

Společná pro všechny steroidy je přítomnost steranového jádra.

Mechanismy působení endokrinního systému

Endokrinní systém- soubor endokrinních žláz a některých specializovaných endokrinních buněk v tkáních, pro které není endokrinní funkce jedinou (např. slinivka má nejen endokrinní, ale i exokrinní funkce). Jakýkoli hormon je jedním z jeho účastníků a řídí určité metabolické reakce. Zároveň existují úrovně regulace v rámci endokrinního systému – některé žlázy mají schopnost ovládat jiné.

Obecné schéma realizace endokrinních funkcí v těle. Toto schéma zahrnuje vyšší úrovně regulace v endokrinním systému – hypotalamu a hypofýze, které produkují hormony, které samy ovlivňují procesy syntézy a sekrece hormonů v jiných endokrinních buňkách.

Ze stejného diagramu je zřejmé, že rychlost syntézy a sekrece hormonů se může měnit i vlivem hormonů z jiných žláz nebo v důsledku stimulace nehormonálními metabolity.

Vidíme také přítomnost negativní zpětné vazby (-) - inhibice syntézy a (nebo) sekrece po eliminaci primárního faktoru, který způsobil zrychlení produkce hormonů.

V důsledku toho se obsah hormonů v krvi udržuje na určité úrovni, která závisí na funkční stav tělo.

Kromě toho si tělo obvykle vytváří malou rezervu jednotlivých hormonů v krvi (to není vidět na prezentovaném diagramu). Existence takové rezervy je možná, protože v krvi je mnoho hormonů ve stavu spojeném se speciálními transportními proteiny. Například tyroxin je vázán na globulin vázající tyroxin a glukokortikosteroidy jsou vázány na protein transkortin. Dvě formy takových hormonů – vázané na transportní proteiny a volné – jsou v krvi ve stavu dynamické rovnováhy.

To znamená, že když jsou volné formy takových hormonů zničeny, dojde k disociaci související formulář a koncentrace hormonu v krvi bude udržována na relativně konstantní úrovni. Komplex hormonu s transportním proteinem lze tedy považovat za zásobu tohoto hormonu v těle.

Účinky, které jsou pozorovány v cílových buňkách pod vlivem hormonů. Je velmi důležité, aby hormony nezpůsobovaly žádné nové metabolické reakce v cílové buňce. Tvoří pouze komplex s receptorovým proteinem. V důsledku přenosu hormonálního signálu v cílové buňce dochází k zapnutí nebo vypnutí buněčných reakcí, které poskytují buněčnou odpověď.

V tomto případě lze v cílové buňce pozorovat následující hlavní účinky:

1. změny v rychlosti biosyntézy jednotlivých proteinů (včetně enzymových proteinů);
2. změna aktivity již existujících enzymů (například v důsledku fosforylace - jak již bylo ukázáno na příkladu systému adenylátcyklázy;
3. změna permeability membrány v cílových buňkách pro jednotlivé látky nebo ionty (například pro Ca +2).

O mechanismech rozpoznávání hormonů již bylo řečeno - hormon interaguje s cílovou buňkou pouze za přítomnosti speciálního receptorového proteinu. Vazba hormonu na receptor závisí na fyzikálně-chemických parametrech prostředí – na pH a koncentraci různých iontů.

Zvláště důležitý je počet molekul receptorového proteinu na vnější membráně nebo uvnitř cílové buňky. Mění se v závislosti na fyziologickém stavu organismu, při onemocněních nebo pod vlivem léků. A to znamená, že kdy různé podmínky a reakce cílové buňky na působení hormonu bude odlišná.

Různé hormony mají různé fyzikální a chemické vlastnosti a na tom závisí umístění receptorů pro určité hormony.

Je obvyklé rozlišovat mezi dvěma mechanismy interakce mezi hormony a cílovými buňkami:

1. membránový mechanismus- když se hormon váže na receptor na povrchu vnější membrány cílové buňky;
2. intracelulární mechanismus- když je receptor pro hormon umístěn uvnitř buňky, tj. v cytoplazmě nebo na intracelulárních membránách.

Hormony s membránovým mechanismem účinku:

• všechny proteinové a peptidové hormony a také aminy (adrenalin, norepinefrin).

Intracelulární mechanismus účinku je:

• steroidní hormony a deriváty aminokyselin - tyroxin a trijodtyronin.

K přenosu hormonálního signálu do buněčných struktur dochází jedním z mechanismů. Například prostřednictvím systému adenylátcyklázy nebo za účasti Ca +2 a fosfoinozitidů. To platí pro všechny hormony s membránovým mechanismem účinku. Ale steroidní hormony s intracelulárním mechanismem účinku, které obvykle regulují rychlost biosyntézy proteinů a mají receptor na povrchu jádra cílové buňky, nevyžadují další prostředníky v buňce.

Vlastnosti struktury proteinů steroidních receptorů. Nejvíce prozkoumaný je receptor pro hormony kůry nadledvin – glukokortikosteroidy (GCS).

Tento protein má tři funkční oblasti:

1. pro vazbu na hormon (C-konec);
2. pro vazbu na DNA (centrální);
3. antigenní místo, které je současně schopné modulovat funkci promotoru během transkripce (N-konec).

Funkce jednotlivých úseků takového receptoru jsou zřejmé z jejich názvu, je zřejmé, že tato struktura receptoru pro steroidy jim umožňuje ovlivňovat rychlost transkripce v buňce. To je potvrzeno skutečností, že vlivem steroidních hormonů je biosyntéza určitých proteinů v buňce selektivně stimulována (nebo inhibována). V tomto případě je pozorováno zrychlení (nebo zpomalení) tvorby mRNA. V důsledku toho se mění počet syntetizovaných molekul určitých proteinů (často enzymů) a mění se rychlost metabolických procesů.

Biosyntéza a sekrece hormonů různých struktur

Protein-peptidové hormony. Při tvorbě proteinových a peptidových hormonů v buňkách žláz s vnitřní sekrecí vzniká polypeptid, který nemá hormonální aktivitu. Ale taková molekula obsahuje fragment(y) obsahující aminokyselinovou sekvenci tohoto hormonu. Taková molekula proteinu se nazývá pre-prohormon a obsahuje (obvykle na N-konci) strukturu zvanou vedoucí nebo signální sekvence (pre-). Tato struktura je představována hydrofobními radikály a je nezbytná pro průchod této molekuly z ribozomů přes lipidové vrstvy membrán do cisteren endoplazmatického retikula (ER). V tomto případě se při průchodu molekuly membránou v důsledku omezené proteolýzy odštěpí vedoucí (pre-) sekvence a prohormon se objeví uvnitř ER. Prohormon je pak transportován systémem ER do Golgiho komplexu a zde dozrávání hormonu končí. Opět, v důsledku hydrolýzy působením specifických proteináz, se odštěpí zbývající (N-koncový) fragment (pro-site). Výsledná molekula hormonu, která má specifickou biologickou aktivitu, vstupuje do sekrečních váčků a hromadí se až do sekrece.

Když jsou hormony syntetizovány z komplexních glykoproteinových proteinů (například folikuly stimulujících (FSH) nebo tyreoidálních stimulujících (TSH) hormonů hypofýzy), během procesu zrání je do struktury hormonu zahrnuta sacharidová složka.

Může dojít i k extraribozomální syntéze. Takto se syntetizuje tripeptid hormon uvolňující tyreotropin (hormon hypotalamu).

Deriváty aminokyselin. Hormony dřeně nadledvin adrenalin a norepinefrin, stejně jako hormony štítné žlázy obsahující jód, jsou syntetizovány z tyrosinu. Při syntéze adrenalinu a norepinefrinu dochází k hydroxylaci, dekarboxylaci a methylaci tyrosinu za účasti aktivní formy aminokyseliny methioninu.

V štítná žláza dochází k syntéze hormonů obsahujících jód trijodtyroninu a tyroxinu (tetrajodtyroninu). Při syntéze dochází k jodaci fenolické skupiny tyrosinu. Zvláště zajímavý je metabolismus jódu ve štítné žláze. Molekula glykoproteinu thyroglobulinu (TG) má molekulární váha více než 650 kDa. Přitom asi 10 % hmotnosti molekuly TG tvoří sacharidy a až 1 % jód. Záleží na množství jódu v potravinách. Polypeptid TG obsahuje 115 tyrosinových zbytků, které jsou jodovány oxidovaným jódem pomocí speciálního enzymu - tyreoidální peroxidázy. Tato reakce se nazývá organizace jódu a vyskytuje se ve folikulech štítné žlázy. V důsledku toho se z tyrosinových zbytků tvoří mono- a di-jodtyrosin. Z nich přibližně 30 % zbytků může být přeměněno na tri- a tetra-jodthyroniny v důsledku kondenzace. Ke kondenzaci a jodaci dochází za účasti stejného enzymu - tyreoidální peroxidázy. K dalšímu zrání hormonů štítné žlázy dochází ve žlázových buňkách – TG je buňkami absorbován endocytózou a vzniká sekundární lysozom jako výsledek fúze lysozomu s absorbovaným proteinem TG.

Proteolytické enzymy lysozomů zajišťují hydrolýzu TG a tvorbu T 3 a T 4, které se uvolňují do extracelulárního prostoru. A mono- a dijodtyrosin jsou dejodovány pomocí speciálního enzymu dejodinasy a jód může být reorganizován. Syntéza hormonů štítné žlázy je charakterizována mechanismem inhibice sekrece podle typu negativní zpětné vazby (T 3 a T 4 inhibují uvolňování TSH).

Steroidní hormony. Steroidní hormony jsou syntetizovány z cholesterolu (27 atomů uhlíku) a cholesterol je syntetizován z acetyl-CoA.

Cholesterol se přeměňuje na steroidní hormony v důsledku následujících reakcí:

1. eliminace vedlejšího radikálu;
2. vznik dalších postranních radikálů v důsledku hydroxylační reakce pomocí speciálních enzymů monooxygenáz (hydroxyláz) - nejčastěji v 11., 17. a 21. poloze (někdy v 18.). V první fázi syntézy steroidních hormonů se nejprve tvoří prekurzory (pregnenolon a progesteron) a poté další hormony (kortizol, aldosteron, pohlavní hormony). Z kortikosteroidů lze vytvořit aldosteron a mineralokortikoidy.

Sekrece hormonů.Regulováno centrálním nervovým systémem. Syntetizované hormony se hromadí v sekrečních granulích. Pod vlivem nervové vzruchy nebo vlivem signálů z jiných žláz s vnitřní sekrecí (tropní hormony) následkem exocytózy dochází k degranulaci a uvolňování hormonu do krve.

Regulační mechanismy jako celek byly prezentovány ve schématu mechanismu realizace endokrinní funkce.

Transport hormonů

Transport hormonů je dán jejich rozpustností. Hormony hydrofilní povahy (například protein-peptidové hormony) jsou většinou transportovány krví ve volné formě. Steroidní hormony a hormony štítné žlázy obsahující jód jsou transportovány ve formě komplexů s proteiny krevní plazmy. Mohou to být specifické transportní proteiny (transportní nízkomolekulární globuliny, protein vázající tyroxin; transkortin, protein, který transportuje kortikosteroidy) a nespecifický transport (albumin).

Již bylo řečeno, že koncentrace hormonů v krevním řečišti je velmi nízká. A může se měnit v souladu s fyziologickým stavem těla. Při poklesu obsahu jednotlivých hormonů vzniká stav charakterizovaný jako hypofunkce příslušné žlázy. A naopak zvýšení hladiny hormonů je hyperfunkce.

Stálost koncentrace hormonů v krvi je také zajištěna procesy hormonálního katabolismu.

Hormonální katabolismus

Protein-peptidové hormony podléhají proteolýze a rozkládají se na jednotlivé aminokyseliny. Tyto aminokyseliny dále procházejí deaminací, dekarboxylací, transaminačními reakcemi a rozkládají se na konečné produkty: NH 3, CO 2 a H 2 O.

Hormony podléhají oxidační deaminaci a další oxidaci na CO 2 a H 2 O. Steroidní hormony se odbourávají jinak. Tělo nemá enzymové systémy, které by zajišťovaly jejich odbourávání.

Dochází především k modifikaci postranních radikálů. Jsou zavedeny další hydroxylové skupiny. Hormony se stávají hydrofilnějšími. Vznikají molekuly, které představují strukturu steranu, který má ketoskupinu na 17. pozici. V této formě jsou produkty katabolismu steroidních pohlavních hormonů vylučovány močí a nazývají se 17-ketosteroidy. Stanovení jejich množství v moči a krvi ukazuje obsah pohlavních hormonů v těle.

Lidské tělo existuje jako jeden celek díky systému vnitřních spojení, které zajišťují přenos informací z jedné buňky do druhé ve stejné tkáni nebo mezi různými tkáněmi. Bez tohoto systému není možné udržet homeostázu. Na přenosu informací mezi buňkami mnohobuněčných živých organismů se podílejí tři systémy: CENTRÁLNÍ NERVOVÝ SYSTÉM (CNS), ENDOKRINNÍ SYSTÉM (ENDOKRINNÍ ŽLÁZY) a IMUNITNÍ SYSTÉM.

Způsoby přenosu informací ve všech těchto systémech jsou chemické. Molekuly SIGNÁLU mohou být prostředníky při přenosu informace.

Tyto signální molekuly zahrnují čtyři skupiny látek: ENDOGENNÍ BIOLOGICKY AKTIVNÍ LÁTKY (mediátory imunitní odpovědi, růstové faktory atd.), NEUROMEDIÁTORY, PROTILÁTKY (imunoglobuliny) a HORMONY.

B I O C H I M I A G O R M O N O V

HORMONY jsou biologicky aktivní látky, které jsou v malých množstvích syntetizovány ve specializovaných buňkách endokrinního systému a jsou dodávány prostřednictvím cirkulujících tekutin (například krve) do cílových buněk, kde uplatňují svůj regulační účinek.

Hormony, stejně jako jiné signální molekuly, sdílejí některé společné vlastnosti.

OBECNÉ VLASTNOSTI HORMONŮ.

1) jsou uvolňovány z buněk, které je produkují, do extracelulárního prostoru;

2) nejsou strukturálními součástmi buněk a nepoužívají se jako zdroj energie.

3) jsou schopny specificky interagovat s buňkami, které mají receptory pro daný hormon.

4) mají velmi vysokou biologickou aktivitu - účinně působí na buňky ve velmi nízkých koncentracích (asi 10 -6 - 10 -11 mol/l).

MECHANISMY PŮSOBENÍ HORMONŮ.

Hormony mají vliv na cílové buňky.

CÍLOVÉ BUŇKY jsou buňky, které specificky interagují s hormony pomocí speciálních receptorových proteinů. Tyto receptorové proteiny jsou umístěny na vnější membráně buňky nebo v cytoplazmě nebo na jaderné membráně a dalších organelách buňky.

BIOCHEMICKÉ MECHANISMY PŘENOSU SIGNÁLU Z HORMONU DO CÍLOVÉ BUŇKY.

Jakýkoli receptorový protein se skládá z alespoň dvou domén (oblastí), které zajišťují dvě funkce:

- „rozpoznání“ hormonu;

Převod a přenos přijatého signálu do buňky.

Jak receptorový protein rozpozná molekulu hormonu, se kterou může interagovat?

Jedna z domén receptorového proteinu obsahuje oblast, která je komplementární k některé části signální molekuly. Proces vazby receptoru na signální molekulu je podobný procesu tvorby komplexu enzym-substrát a může být určen hodnotou afinitní konstanty.

Většina receptorů nebyla dostatečně prostudována, protože jejich izolace a čištění je velmi obtížné a obsah každého typu receptoru v buňkách je velmi nízký. Ale je známo, že hormony interagují se svými receptory fyzikálními a chemickými prostředky. Mezi molekulou hormonu a receptorem se tvoří elektrostatické a hydrofobní interakce. Když se receptor naváže na hormon, dochází ke konformačním změnám v receptorovém proteinu a aktivuje se komplex signální molekuly s receptorovým proteinem. Ve svém aktivním stavu může způsobit specifické intracelulární reakce v reakci na přijatý signál. Pokud je narušena syntéza nebo schopnost receptorových proteinů vázat se na signální molekuly, dochází k onemocněním – endokrinním poruchám. Existují tři typy těchto onemocnění:

1. Souvisí s nedostatečnou syntézou receptorových proteinů.

2. Souvisí se změnami ve struktuře receptoru - genetické vady.

3. Spojeno s blokováním receptorových proteinů protilátkami.