Механизъм на действие и регулация на хормоните
Нашият организъм е единна цялост от клетки, които работят съгласувано и координирано помежду си благодарение на интензивния обмен на информация, който тече постоянно между тях – т.нар. клетъчна сигнализация. Хормоните са един от видовете сигнални молекули, които се отделят от една клетка и въздействат на различно разстояние от нея.
В зависимост от това разстояние сигнализацията в нашето тяло бива три основни типа:
Ендокринна - тук сигнални молекули, наречени хормони, въздействат на прицелна клетка, която е отдалечена от мястото на тяхната синтеза - жлезите с вътрешна секреция. Много важно е да се отбележи, че хормоните се синтезират в изключително ниски количества в организма, но ефектът им е огромен.
В животните и човека хормоните обикновено се пренасят от мястото на техния синтез до прицелната им клетка чрез кръвта.
Паракринна – тук сигнални молекули, синтезирани от една клетка влияят само на клетките, които са в непосредствена близост. Провеждането на нервния импулс от една нервна клетка към друга или от нервна към мускулна клетка (за да се провокира или спре мускулното съкращение) посредством сигнални невронрансмитери е типичен пример за паракринна сигнализация.
Автокринна – при този вид сигнализация клетките реагират на сигнални молекули, които са синтезирани от самите тях, тоест те са мишени сами на себе си. Много т.нар. растежни фактори, тласкащи клетката към нарастване и делене, са такива сигнални молекули.Този тип сигнализация е особено често срещан при раковите (туморните клетки), при много от които има свръхпродукция и отделяне на растежни фактори, които въздействат върху съседни нетуморни клетки и така ги превръщат в ракови.
За да може една сигнална молекула да въздейства върху прицелната си клетка, тази клетка трябва да притежава специфичен рецептор за молекулата. Рецепторите обичайно са разположени по повърхността на клетката- клетъчната мембрана, но немалка част са и вътреклетъчни.Свързването на сигналната молекула към нейния рецептор предизвиква сложни пространствени промени в образувалия се комплекс и тези промени отключват цяла последователност от реакции (започващи с промяна на количеството в клетката на т.нар. вторични сигнални молекули, например на цикличен аденозинмонофосфат), които водят до адекватен отговор от клетката на получения сигнал.
Повечето хормони попадат в една от трите широки категории:
Малки мастноразтворими молекули, които преминават през клетъчната мембрана и взаймодействат с вътреклетъчни рецептори;
Водноразтворими молекули;
Мастноразтворими молекули, които взаимодействат с повърхностно-клетъчни рецептори.
Малки мастноразтворими хормони с вътреклетъчни рецептори
Много от мастноразтворимите хормони преминават през клетъчната мембрана и взаимодействат с рецептори, разположени в цитоплазмата или клетъчното ядро. Образувалите се при това комплекси, след преминаването им в ядрото (където е ДНК) се свързват с участъци от ДНК, които регулират синтеза на определени клетъчни продукти, например протеини (фиг. 1).
Хормоните от този тип включват стероидите (например кортизол, прогестерон, естрадиол и тестостерон), тироксина и ретиноевата киселина. Изходното съединение, от което всички стероиди се синтезират, е холестеролът и поради това имат подобна структура.
Ефектът, който стероидите упражняват, може да трае часове или дни и по тази причина те често повлияват растежа и развитието на определени тъкани (напр. мускулната) - процеси, сравнително бавни от биохимична гледна точка.
Тъй като водно-разтворимите сигнални молекули не могат да преминат през клетъчната мембрана, те се закачат към четири основни групи рецептори на повърхността на клетката.
Този голям клас от съединения се състои от две групи:
Пептидни хормони - например инсулин, растежни фактори и глюкагон.
Малки заредени молекули – например катехоламини (епинефрин, норепинифрин и допамин) и хистамин, които са производни на някои аминокиселини. Повечето водноразтворими хормони предизвикват промяна в активността на един или повече ензима, които са налични в прицелната клетка.По тази причина ефектът от тях е изключително бърз, но и краткотраен. Тези хормони също могат да причинят обратими промени в количеството на РНК и протеини в клетката, но могат да предизвикат и необратими изменения, като например клетъчна диференциация.
Мастноразтворими хормони с повърхностно-клетъчни рецептории.В групата от тези хормони най-многобройни са простагландините – най-малко 16 различни съединения от 9 химични групи, които са част от по-голяма група, наречена ойкозанови хормони.Ойкозановите хормони се синтезират от арахидонова киселина – една от незаменимите Омега 6-полиненаситени мастни киселини, която задължително трябва да си осигуряваме от храната. В допълнение, в тази група хормони влизат простациклините, тромбоксаните и левкотриените.
Механизъм на провеждане на сигналите
Както беше вече споменато, свързването на хормон към повърхностно-клетъчен рецептор води до краткосрочно увеличаване или понижаване на концентрацията на вътреклетъчни молекули, наречени вторични сигнални молекули.
Такива са 3,5–цикличен гуанозинмонофосфат, 3,5-цикличен аденозинмонофосфат, 1,2-диацилглицерол, инозитол 1,4,5- трифосфат , разнообразни инозитолови фосфолипиди и естествено , калций Ca(2+).
Промененото количество на една или повече вторични сигнални молекули дава тласък за бърза промяна в активността на един или повече ензими или неензимни протеини (фиг. 2).
Метаболитните функции, които се управляват от тази променена ензимна активност, са разграждане и усвояване на глюкозата, натрупването и използването на мазнини и отделянето на клетъчни продукти.
Както може би вече се убедихте, хормоните могат да предизвикат мощни промени в организма и поради това техният синтез, отделяне от клетките и унищожаване са обект на фина регулация от сложни контролни биохимични мрежи.
Контролът върху нивата на хормоните се осъществявава главно по два начина – чрез принципите на положителната и отрицателната обратна връзка. Тази регулация е от особено значение в координирането на едновременното действие на много хормони в процесите на растеж и развитие на тялото.Често нивата на хормоните взаимно се регулират – промяната в количеството на един хормон води до промяна в количествата на други хормони.Ето защо въвеждането в организма на хормони (например чрез инжектиране), макар и в минимални количества, може да доведе до катастрофални последици, ако не се извършва под стриктен лекарски надзор и ако не е проведено след много прецизни изследвания.
В зависимост от това разстояние сигнализацията в нашето тяло бива три основни типа:
Ендокринна - тук сигнални молекули, наречени хормони, въздействат на прицелна клетка, която е отдалечена от мястото на тяхната синтеза - жлезите с вътрешна секреция. Много важно е да се отбележи, че хормоните се синтезират в изключително ниски количества в организма, но ефектът им е огромен.
В животните и човека хормоните обикновено се пренасят от мястото на техния синтез до прицелната им клетка чрез кръвта.
Паракринна – тук сигнални молекули, синтезирани от една клетка влияят само на клетките, които са в непосредствена близост. Провеждането на нервния импулс от една нервна клетка към друга или от нервна към мускулна клетка (за да се провокира или спре мускулното съкращение) посредством сигнални невронрансмитери е типичен пример за паракринна сигнализация.
Автокринна – при този вид сигнализация клетките реагират на сигнални молекули, които са синтезирани от самите тях, тоест те са мишени сами на себе си. Много т.нар. растежни фактори, тласкащи клетката към нарастване и делене, са такива сигнални молекули.Този тип сигнализация е особено често срещан при раковите (туморните клетки), при много от които има свръхпродукция и отделяне на растежни фактори, които въздействат върху съседни нетуморни клетки и така ги превръщат в ракови.
За да може една сигнална молекула да въздейства върху прицелната си клетка, тази клетка трябва да притежава специфичен рецептор за молекулата. Рецепторите обичайно са разположени по повърхността на клетката- клетъчната мембрана, но немалка част са и вътреклетъчни.Свързването на сигналната молекула към нейния рецептор предизвиква сложни пространствени промени в образувалия се комплекс и тези промени отключват цяла последователност от реакции (започващи с промяна на количеството в клетката на т.нар. вторични сигнални молекули, например на цикличен аденозинмонофосфат), които водят до адекватен отговор от клетката на получения сигнал.
Повечето хормони попадат в една от трите широки категории:
Малки мастноразтворими молекули, които преминават през клетъчната мембрана и взаймодействат с вътреклетъчни рецептори;
Водноразтворими молекули;
Мастноразтворими молекули, които взаимодействат с повърхностно-клетъчни рецептори.
Малки мастноразтворими хормони с вътреклетъчни рецептори
Много от мастноразтворимите хормони преминават през клетъчната мембрана и взаимодействат с рецептори, разположени в цитоплазмата или клетъчното ядро. Образувалите се при това комплекси, след преминаването им в ядрото (където е ДНК) се свързват с участъци от ДНК, които регулират синтеза на определени клетъчни продукти, например протеини (фиг. 1).
Хормоните от този тип включват стероидите (например кортизол, прогестерон, естрадиол и тестостерон), тироксина и ретиноевата киселина. Изходното съединение, от което всички стероиди се синтезират, е холестеролът и поради това имат подобна структура.
Ефектът, който стероидите упражняват, може да трае часове или дни и по тази причина те често повлияват растежа и развитието на определени тъкани (напр. мускулната) - процеси, сравнително бавни от биохимична гледна точка.
Тъй като водно-разтворимите сигнални молекули не могат да преминат през клетъчната мембрана, те се закачат към четири основни групи рецептори на повърхността на клетката.
Този голям клас от съединения се състои от две групи:
Пептидни хормони - например инсулин, растежни фактори и глюкагон.
Малки заредени молекули – например катехоламини (епинефрин, норепинифрин и допамин) и хистамин, които са производни на някои аминокиселини. Повечето водноразтворими хормони предизвикват промяна в активността на един или повече ензима, които са налични в прицелната клетка.По тази причина ефектът от тях е изключително бърз, но и краткотраен. Тези хормони също могат да причинят обратими промени в количеството на РНК и протеини в клетката, но могат да предизвикат и необратими изменения, като например клетъчна диференциация.
Мастноразтворими хормони с повърхностно-клетъчни рецептории.В групата от тези хормони най-многобройни са простагландините – най-малко 16 различни съединения от 9 химични групи, които са част от по-голяма група, наречена ойкозанови хормони.Ойкозановите хормони се синтезират от арахидонова киселина – една от незаменимите Омега 6-полиненаситени мастни киселини, която задължително трябва да си осигуряваме от храната. В допълнение, в тази група хормони влизат простациклините, тромбоксаните и левкотриените.
Механизъм на провеждане на сигналите
Както беше вече споменато, свързването на хормон към повърхностно-клетъчен рецептор води до краткосрочно увеличаване или понижаване на концентрацията на вътреклетъчни молекули, наречени вторични сигнални молекули.
Такива са 3,5–цикличен гуанозинмонофосфат, 3,5-цикличен аденозинмонофосфат, 1,2-диацилглицерол, инозитол 1,4,5- трифосфат , разнообразни инозитолови фосфолипиди и естествено , калций Ca(2+).
Промененото количество на една или повече вторични сигнални молекули дава тласък за бърза промяна в активността на един или повече ензими или неензимни протеини (фиг. 2).
Метаболитните функции, които се управляват от тази променена ензимна активност, са разграждане и усвояване на глюкозата, натрупването и използването на мазнини и отделянето на клетъчни продукти.
Както може би вече се убедихте, хормоните могат да предизвикат мощни промени в организма и поради това техният синтез, отделяне от клетките и унищожаване са обект на фина регулация от сложни контролни биохимични мрежи.
Контролът върху нивата на хормоните се осъществявава главно по два начина – чрез принципите на положителната и отрицателната обратна връзка. Тази регулация е от особено значение в координирането на едновременното действие на много хормони в процесите на растеж и развитие на тялото.Често нивата на хормоните взаимно се регулират – промяната в количеството на един хормон води до промяна в количествата на други хормони.Ето защо въвеждането в организма на хормони (например чрез инжектиране), макар и в минимални количества, може да доведе до катастрофални последици, ако не се извършва под стриктен лекарски надзор и ако не е проведено след много прецизни изследвания.
