Las hormonas actúan como elementos integradores que vinculan varios mecanismos reguladores y procesos metabólicos en los órganos. Desempeñan el papel de intermediarios químicos que aseguran la transferencia de señales que se producen en diferentes órganos y en el sistema nervioso central. Las células responden de manera diferente a las hormonas.
A través del sistema de adenilato ciclasa, los elementos afectan la velocidad de los procesos bioquímicos en la célula diana. Considere este sistema en detalle.
Efecto fisiológico
La respuesta de las células a la acción de las hormonas depende de su estructura química, así como del tipo de célula a la que afecta.
La concentración de hormonas en la sangre es bastante baja. Para desencadenar el mecanismo de activación de la enzima con la participación del sistema de adenilato ciclasa, deben reconocerse y luego asociarse con receptores, proteínas especiales con alta especificidad.
El efecto fisiológico está determinado por varios factores, por ejemplo, la concentración de la hormona. Está determinada por la velocidad.la inactivación durante la descomposición, que ocurre principalmente en el hígado, y la tasa de su excreción junto con los metabolitos. El efecto fisiológico depende del grado de afinidad de la hormona por las proteínas transportadoras. Los elementos de la tiroides y los esteroides se mueven a lo largo del torrente sanguíneo junto con las proteínas. El número y el tipo de receptores en las células diana también son factores determinantes.
Señales estimulantes
Los procesos de síntesis y secreción de hormonas son estimulados por impulsos internos y externos dirigidos al sistema nervioso central. Las neuronas llevan estas señales al hipotálamo. Aquí, gracias a ellos, se estimula la síntesis de estatinas y liberinas (hormonas liberadoras de péptidos). Ellos, a su vez, inhiben (suprimen) o estimulan la síntesis y secreción de elementos en la glándula pituitaria anterior. Estos componentes químicos se denominan hormonas triples. Estimulan la producción y secreción de elementos en las glándulas endocrinas periféricas.
Señales de hormonas
Al igual que otras moléculas de señalización, estos elementos comparten una serie de características comunes. Hormonas:
- Excretado de las células que los producen al espacio extracelular.
- No se utiliza como fuente de energía.
- No son elementos estructurales de las células.
- Tienen la capacidad de establecer una relación específica con células que tienen receptores específicos para una hormona en particular.
- Difieren en alta actividad biológica. Incluso en pequeñas concentraciones, las hormonas pueden afectar eficazmente a las células.
Celdas objetivo
Su interacción con las hormonas es proporcionada por proteínas receptoras especiales. Se encuentran en la membrana externa, en el citoplasma, en la membrana nuclear y otros orgánulos.
Hay dos dominios (sitios) en cualquier proteína receptora. Debido a ellos, se implementan las funciones:
- Reconocimiento hormonal.
- Transformación y transmisión del impulso recibido a la célula.
Características de los receptores
En uno de los dominios de la proteína hay un sitio que es complementario (mutuamente complementario) a algún elemento de la molécula señal. La unión del receptor a él es similar al proceso de formación del complejo enzima-sustrato y está determinada por la constante de afinidad.
Actualmente, la mayoría de los receptores no se conocen bien. Esto se debe a la complejidad de su aislamiento y purificación, así como al bajísimo contenido de cada tipo de receptor en las células. Sin embargo, se sabe que la interacción de las hormonas con los receptores es de naturaleza fisicoquímica. Se forman enlaces hidrofóbicos y electrostáticos entre ellos.
La interacción de una hormona y un receptor se acompaña de cambios conformacionales en este último. Como resultado, se activa el complejo de la molécula de señal con el receptor. Al estar en estado activo, es capaz de provocar una respuesta intracelular específica a la señal entrante. Cuando se altera la síntesis o la capacidad de los receptores para interactuar con las moléculas de señalización, aparecen enfermedades: trastornos endocrinos.
Pueden estar relacionados con:
- F alta de síntesis.
- Cambios en la estructura de las proteínas receptoras (trastornos genéticos).
- Bloqueo de receptores con anticuerpos.
Tipos de interacción
Difieren según la estructura de la molécula hormonal. Si es lipofílico, puede penetrar la capa lipídica en la membrana externa de los objetivos. Un ejemplo son las hormonas esteroides. Si el tamaño de la molécula es significativo, no puede penetrar en la célula. En consecuencia, los receptores para las hormonas lipofílicas se encuentran dentro de los objetivos, y para las hormonas hidrofílicas, en el exterior, en la membrana externa.
Segundo intermediario
El mecanismo intracelular de transmisión de impulsos proporciona una respuesta a una señal hormonal de moléculas hidrofílicas. Funciona a través de los llamados segundos intermediarios. Por el contrario, las moléculas de hormonas son bastante diversas en su forma.
Los nucleótidos cíclicos (cGMP y cAMP), la calmodulina (proteína fijadora de calcio), los iones de calcio, el trifosfato de inositol, las enzimas implicadas en la síntesis de nucleótidos cíclicos y la fosforilación de proteínas actúan como "segundos mensajeros".
La acción de las hormonas a través del sistema de adenilato ciclasa
Hay 2 formas principales de transmitir un impulso a las células objetivo desde elementos de señal:
- Sistema de adenilato ceclasa (guanilato ciclasa).
- Mecanismo de la fosfoinositida.
El esquema de acción de las hormonas a través del sistema de adenilato ciclasa involucra: proteína G, proteína quinasas,proteína receptora, trifosfato de guanosina, enzima adenilato ceclasa. Además de estas sustancias, el ATP también es necesario para el funcionamiento normal del sistema.
Receptor, proteína G, cerca de la cual se encuentran el GTP y la adenilato ciclasa, están integrados en la membrana celular. Estos elementos se encuentran en un estado disociado. Después de la formación del complejo de la molécula señalizadora y la proteína receptora, cambia la conformación de la proteína G. Como resultado, una de sus subunidades adquiere la capacidad de interactuar con GTP.
El complejo formado "proteína G + GTP" activa la adenilato ciclasa. Ella, a su vez, comienza a transformar moléculas de ATP en cAMP. Es capaz de activar enzimas específicas: proteínas quinasas. Debido a esto, se catalizan las reacciones de fosforilación de varias moléculas de proteína con la participación de ATP. La composición de las proteínas incluye al mismo tiempo restos de ácido fosfórico.
Debido al mecanismo de acción de las hormonas en el sistema de adenilato ciclasa, la actividad de la proteína fosforilada cambia. En diferentes tipos de células, se ven afectadas proteínas de diferente actividad funcional: moléculas nucleares o de membrana, así como enzimas. Como resultado de la fosforilación, las proteínas pueden volverse funcionalmente activas o inactivas.
Sistema de adenilato ciclasa: bioquímica
Debido a las interacciones descritas anteriormente, la velocidad de los procesos bioquímicos en el objetivo cambia.
Es necesario decir acerca de la duración insignificante de la activación del sistema de adenilato ciclasa. La brevedad se debe a que la proteína G, después de unirse a la enzimaEmpieza a aparecer actividad de GTPasa. Restaura la conformación después de la hidrólisis de GTP y deja de actuar sobre la adenilato ciclasa. Esto conduce a la terminación de la reacción de formación de AMPc.
Inhibición
Además de los participantes directos en el esquema del sistema de adenilato ciclasa, en algunos objetivos hay receptores asociados con moléculas G, lo que lleva a la inhibición de la enzima. La adenilaceteclasa es inhibida por el complejo "GTP + proteína G".
Cuando se detiene la producción de cAMP, la fosforilación no se detiene inmediatamente. Mientras existan las moléculas, la activación de las proteínas quinasas continuará. Para detener la acción de cAMP, las células usan una enzima especial: la fosfodiesterasa. Cataliza la hidrólisis de 3', 5'-ciclo-AMP a AMP.
Algunos compuestos que tienen un efecto inhibidor sobre la fosfodiesterasa (por ejemplo, teofilina, cafeína) ayudan a mantener y aumentar la concentración de ciclo-AMP. Bajo la influencia de estas sustancias, la duración de la activación del sistema de mensajero adenilato ciclasa. En otras palabras, se potencia la acción de la hormona.
Trifosfato de inositol
Además del sistema de transducción de señales de adenilato ciclasa, existe otro mecanismo de transducción de señales. Se trata de iones de calcio y trifosfato de inositol. Este último es una sustancia derivada del inositol fosfátido (un lípido complejo).
El trifosfato de inositol se forma bajo la influencia de la fosfolipasa "C", una enzima especial que se activa durante los cambios conformacionales en el dominio intracelularreceptor de membrana celular.
Debido a la acción de esta enzima, el enlace fosfoéster de la molécula de fosfatidil-inositol-4,5-bisfosfato se hidroliza. Como resultado, se forman trifosfato de inositol y diacilglicerol. Su formación conduce, a su vez, a un aumento del contenido de calcio ionizado en la célula. Esto contribuye a la activación de varias moléculas de proteínas dependientes del calcio, incluidas las proteínas quinasas.
En este caso, al igual que con el lanzamiento del sistema de adenilato ciclasa, la fosforilación de proteínas actúa como una de las etapas de transmisión de impulsos dentro de la célula. Conduce a una respuesta fisiológica de la célula al efecto de la hormona.
Elemento de conexión
Una proteína especial, la calmodulina, está implicada en el funcionamiento del mecanismo de los fosfoinosítidos. Un tercio de su composición está formado por aminoácidos cargados negativamente (Asp, Glu). En este sentido, es capaz de unirse activamente a Ca+2.
Hay 4 sitios de unión en una molécula de calmodulina. Como resultado de la interacción con Ca + 2, comienzan cambios conformacionales en la molécula de calmodulina. Como resultado, el complejo Ca + 2-calmodulina adquiere la capacidad de regular la actividad de muchas enzimas: fosfodiesterasa, adenilato ciclasa, Ca + 2, Mg + 2 - ATPasa, así como varias proteínas quinasas.
Matices
En diferentes células, bajo la influencia del complejo Ca + 2-calmodulina en las isoenzimas de una enzima (por ejemplo, en la adenilato ciclasa de varios tipos), en un caso se observará activación y en el otro - inhibición de la formación de AMPc. Esto se debe al hecho de que los centros alostéricos en las isoenzimaspuede incluir diferentes radicales de aminoácidos. En consecuencia, su reacción al impacto del complejo será diferente.
Extra
Como puede ver, los "segundos mensajeros" están involucrados en el sistema de adenilato ciclasa y en los procesos descritos anteriormente. Cuando el mecanismo de fosfoinosítido funciona, son:
- Nucleótidos cíclicos. Como en el sistema de adenilato ciclasa, son c-GMP y c-AMP.
- Iones de calcio.
- Complejo Sa-calmodulina.
- Diacilglicerol.
- Trifosfato de inositol. Este elemento también participa en la transducción de señales en el sistema de adenilato ciclasa.
Los mecanismos de señalización de las moléculas hormonales dentro de los objetivos que involucran a los mediadores anteriores tienen varias características comunes:
- Una de las etapas de la transferencia de información es el proceso de fosforilación de proteínas.
- La activación se detiene bajo la influencia de mecanismos especiales. Son lanzados por los propios participantes del proceso (bajo la influencia de mecanismos de retroalimentación negativa).
Conclusión
Las hormonas actúan como los principales reguladores humorales de las funciones fisiológicas del organismo. Se producen en las glándulas endocrinas o son producidos por células endocrinas específicas. Las hormonas se liberan en la linfa, la sangre y tienen un efecto distante (endocrino) en las células diana.
Actualmente, las propiedades de estas moléculasbastante bien estudiado. Se conocen los procesos de su biosíntesis, así como los principales mecanismos de influencia en el organismo. Sin embargo, todavía quedan muchos misterios sin resolver relacionados con las peculiaridades de la interacción de las hormonas y otros compuestos.
