Hormon bertindak sebagai elemen pengintegrasi yang menghubungkan berbagai mekanisme pengaturan dan proses metabolisme dalam organ. Mereka memainkan peran perantara kimia yang memastikan transfer sinyal yang terjadi di berbagai organ dan di sistem saraf pusat. Sel merespons hormon secara berbeda.
Melalui sistem adenilat siklase, unsur-unsur mempengaruhi laju proses biokimia dalam sel target. Pertimbangkan sistem ini secara detail.
Efek fisiologis
Respon sel terhadap aksi hormon tergantung pada struktur kimianya, serta jenis sel yang dipengaruhinya.
Konsentrasi hormon dalam darah cukup rendah. Untuk memicu mekanisme aktivasi enzim dengan partisipasi sistem adenilat siklase, mereka harus dikenali dan kemudian dikaitkan dengan reseptor - protein khusus dengan spesifisitas tinggi.
Efek fisiologis ditentukan oleh berbagai faktor, misalnya konsentrasi hormon. Ditentukan oleh kecepataninaktivasi selama pembusukan, terjadi terutama di hati, dan laju ekskresi bersama dengan metabolit. Efek fisiologis tergantung pada tingkat afinitas hormon untuk protein pembawa. Elemen tiroid dan steroid bergerak di sepanjang aliran darah bersama dengan protein. Jumlah dan jenis reseptor pada sel target juga merupakan faktor penentu.
Sinyal Stimulasi
Proses sintesis dan sekresi hormon dirangsang oleh impuls internal dan eksternal yang diarahkan ke sistem saraf pusat. Neuron membawa sinyal ini ke hipotalamus. Di sini, karena mereka, sintesis statin dan liberin (hormon pelepas peptida) dirangsang. Mereka, pada gilirannya, menghambat (menekan) atau merangsang sintesis dan sekresi unsur-unsur di kelenjar hipofisis anterior. Komponen kimia ini disebut hormon rangkap tiga. Mereka merangsang produksi dan sekresi unsur-unsur di kelenjar endokrin perifer.
Tanda Hormon
Seperti molekul pemberi sinyal lainnya, elemen ini memiliki sejumlah fitur umum. Hormon:
- Diekskresikan dari sel yang memproduksinya ke ruang ekstraseluler.
- Tidak digunakan sebagai sumber energi.
- Mereka bukan elemen struktural sel.
- Memiliki kemampuan untuk menjalin hubungan spesifik dengan sel yang memiliki reseptor spesifik untuk hormon tertentu.
- Berbeda dalam aktivitas biologis yang tinggi. Bahkan dalam konsentrasi kecil, hormon dapat secara efektif mempengaruhi sel.
Sel Target
Interaksinya dengan hormon disediakan oleh protein reseptor khusus. Mereka ditemukan di membran luar, di sitoplasma, di membran inti dan organel lainnya.
Ada dua domain (situs) dalam protein reseptor apa pun. Karena mereka, fungsi diimplementasikan:
- Pengenalan hormon.
- Transformasi dan transmisi impuls yang diterima ke sel.
Fitur reseptor
Dalam salah satu domain protein terdapat situs yang saling melengkapi (saling melengkapi) untuk beberapa elemen dari molekul sinyal. Pengikatan reseptor terhadapnya mirip dengan proses pembentukan kompleks enzim-substrat dan ditentukan oleh konstanta afinitas.
Sebagian besar reseptor saat ini tidak dipahami dengan baik. Ini karena kompleksitas isolasi dan pemurniannya, serta kandungan yang sangat rendah dari setiap jenis reseptor dalam sel. Namun, diketahui bahwa interaksi hormon dengan reseptor bersifat fisikokimia. ikatan hidrofobik dan elektrostatik terbentuk di antara mereka.
Interaksi hormon dan reseptor disertai dengan perubahan konformasi pada reseptor. Akibatnya, kompleks molekul sinyal dengan reseptor diaktifkan. Berada dalam keadaan aktif, ia mampu memicu respons intraseluler spesifik terhadap sinyal yang masuk. Ketika sintesis atau kemampuan reseptor untuk berinteraksi dengan molekul sinyal terganggu, penyakit muncul - gangguan endokrin.
Mereka mungkin terkait dengan:
- Kurangnya sintesis.
- Perubahan struktur protein reseptor (kelainan genetik).
- Memblokir reseptor dengan antibodi.
Jenis interaksi
Mereka berbeda tergantung pada struktur molekul hormon. Jika bersifat lipofilik, ia mampu menembus lapisan lipid di membran luar target. Contohnya adalah hormon steroid. Jika ukuran molekulnya signifikan, ia tidak dapat menembus ke dalam sel. Dengan demikian, reseptor untuk hormon lipofilik terletak di dalam target, dan untuk hormon hidrofilik - di luar, di membran luar.
Perantara kedua
Mendapatkan respons terhadap sinyal hormonal dari molekul hidrofilik disediakan oleh mekanisme transmisi impuls intraseluler. Ia berfungsi melalui apa yang disebut perantara kedua. Sebaliknya, molekul hormon cukup beragam bentuknya.
Nukleotida siklik (cGMP dan cAMP), calmodulin (protein pengikat kalsium), ion kalsium, inositol trifosfat, enzim yang terlibat dalam sintesis nukleotida siklik dan fosforilasi protein bertindak sebagai "pembawa pesan kedua".
Kerja hormon melalui sistem adenilat siklase
Ada 2 cara utama untuk mengirimkan impuls ke sel target dari elemen sinyal:
- Sistem adenylate ceclase (guanylate cyclase).
- Mekanisme fosfoinositida.
Skema kerja hormon melalui sistem adenilat siklase melibatkan: protein G, protein kinase,protein reseptor, guanosin trifosfat, enzim adenilat ceclase. Selain zat-zat ini, ATP juga diperlukan untuk fungsi normal sistem.
Reseptor, protein G, di dekat tempat GTP dan adenilat siklase berada, dibangun ke dalam membran sel. Unsur-unsur ini berada dalam keadaan terdisosiasi. Setelah pembentukan kompleks molekul sinyal dan protein reseptor, konformasi protein G berubah. Akibatnya, salah satu subunitnya memperoleh kemampuan untuk berinteraksi dengan GTP.
Kompleks "G protein + GTP" yang terbentuk mengaktifkan adenilat siklase. Dia, pada gilirannya, mulai mengubah molekul ATP menjadi cAMP. Ia mampu mengaktifkan enzim spesifik - protein kinase. Karena ini, reaksi fosforilasi berbagai molekul protein dengan partisipasi ATP dikatalisis. Komposisi protein sekaligus meliputi sisa-sisa asam fosfat.
Karena mekanisme kerja hormon dalam sistem adenilat siklase, aktivitas protein terfosforilasi berubah. Dalam berbagai jenis sel, protein dari aktivitas fungsional yang berbeda terpengaruh: molekul nuklir atau membran, serta enzim. Sebagai hasil dari fosforilasi, protein dapat menjadi aktif atau tidak aktif secara fungsional.
Sistem adenilat siklase: biokimia
Karena interaksi yang dijelaskan di atas, laju proses biokimia dalam target berubah.
Perlu dikatakan tentang durasi aktivasi sistem adenilat siklase yang tidak signifikan. Singkatnya adalah karena fakta bahwa protein G, setelah mengikat enzimAktivitas GTPase mulai muncul. Ini mengembalikan konformasi setelah hidrolisis GTP dan berhenti bekerja pada adenilat siklase. Ini mengarah pada penghentian reaksi pembentukan cAMP.
Penghambatan
Selain peserta langsung dalam skema sistem adenilat siklase, di beberapa target terdapat reseptor yang terkait dengan molekul G, yang menyebabkan penghambatan enzim. Adenilaseteklase dihambat oleh kompleks "GTP + G protein".
Saat produksi cAMP berhenti, fosforilasi tidak langsung berhenti. Selama molekul ada, aktivasi protein kinase akan terus berlanjut. Untuk menghentikan aksi cAMP, sel menggunakan enzim khusus - fosfodiesterase. Ini mengkatalisis hidrolisis 3', 5'-cyclo-AMP menjadi AMP.
Beberapa senyawa yang memiliki efek penghambatan pada fosfodiesterase (misalnya, teofilin, kafein) membantu mempertahankan dan meningkatkan konsentrasi siklo-AMP. Di bawah pengaruh zat-zat ini, durasi aktivasi sistem pembawa pesan adenilat siklase. Dengan kata lain, aksi hormon ditingkatkan.
Inositol trifosfat
Selain sistem transduksi sinyal adenilat siklase, ada mekanisme transduksi sinyal lainnya. Ini melibatkan ion kalsium dan inositol trifosfat. Yang terakhir adalah zat yang berasal dari inositol phosphatide (lipid kompleks).
Inositol triphosphate terbentuk di bawah pengaruh fosfolipase "C", enzim khusus yang diaktifkan selama perubahan konformasi dalam domain intraselulerreseptor membran sel.
Karena aksi enzim ini, ikatan fosfoester dari molekul fosfatidil-inositol-4,5-bifosfat dihidrolisis. Akibatnya, inositol trifosfat dan diasilgliserol terbentuk. Pembentukan mereka, pada gilirannya, menyebabkan peningkatan kandungan kalsium terionisasi dalam sel. Ini berkontribusi pada aktivasi berbagai molekul protein yang bergantung pada kalsium, termasuk protein kinase.
Dalam hal ini, seperti peluncuran sistem adenilat siklase, fosforilasi protein bertindak sebagai salah satu tahap transmisi impuls di dalam sel. Ini mengarah pada respons fisiologis sel terhadap efek hormon.
Elemen penghubung
Sebuah protein khusus, calmodulin, terlibat dalam fungsi mekanisme fosfoinositida. Sepertiga komposisinya dibentuk oleh asam amino bermuatan negatif (Asp, Glu). Dalam hal ini, ia mampu secara aktif mengikat Ca+2.
Ada 4 situs pengikatan dalam satu molekul kalmodulin. Sebagai hasil interaksi dengan Ca + 2, perubahan konformasi dimulai pada molekul kalmodulin. Akibatnya, kompleks Ca + 2-calmodulin memperoleh kemampuan untuk mengatur aktivitas banyak enzim: fosfodiesterase, adenilat siklase, Ca + 2, Mg + 2 - ATPase, serta berbagai protein kinase.
Nuansa
Dalam sel yang berbeda, di bawah pengaruh kompleks Ca + 2-calmodulin pada isoenzim dari satu enzim (misalnya, pada adenilat siklase dari berbagai jenis), dalam satu kasus aktivasi akan diamati, dan yang lain - penghambatan pembentukan cAMP. Hal ini disebabkan oleh fakta bahwa pusat alosterik pada isoenzimmungkin termasuk radikal asam amino yang berbeda. Dengan demikian, reaksi mereka terhadap dampak kompleks akan berbeda.
Ekstra
Seperti yang Anda lihat, "pembawa pesan kedua" terlibat dalam sistem adenilat siklase dan dalam proses yang dijelaskan di atas. Ketika mekanisme fosfoinositida berfungsi, mereka adalah:
- nukleotida siklik. Seperti pada sistem adenilat siklase, mereka adalah c-GMP dan c-AMP.
- ion kalsium.
- Sa-calmodulin kompleks.
- Diasilgliserol.
- Inositol trifosfat. Elemen ini juga terlibat dalam transduksi sinyal dalam sistem adenilat siklase.
Mekanisme pensinyalan dari molekul hormon dalam target yang melibatkan mediator di atas memiliki beberapa ciri umum:
- Salah satu tahapan transfer informasi adalah proses fosforilasi protein.
- Aktivasi berhenti di bawah pengaruh mekanisme khusus. Mereka diluncurkan oleh peserta proses itu sendiri (di bawah pengaruh mekanisme umpan balik negatif).
Kesimpulan
Hormon bertindak sebagai pengatur humoral utama dari fungsi fisiologis dalam tubuh. Mereka diproduksi di kelenjar endokrin atau diproduksi oleh sel endokrin tertentu. Hormon dilepaskan ke dalam getah bening, darah dan memiliki efek jauh (endokrin) pada sel target.
Saat ini, sifat-sifat molekul inidipelajari dengan cukup baik. Proses biosintesisnya diketahui, serta mekanisme pengaruh utama pada tubuh. Namun, masih banyak misteri yang belum terpecahkan terkait kekhasan interaksi hormon dan senyawa lainnya.
