Les hormones agissent comme des éléments d'intégration reliant divers mécanismes de régulation et processus métaboliques dans les organes. Ils jouent le rôle d'intermédiaires chimiques qui assurent le transfert des signaux qui se produisent dans différents organes et dans le système nerveux central. Les cellules réagissent différemment aux hormones.
Grâce au système de l'adénylate cyclase, les éléments affectent la vitesse des processus biochimiques dans la cellule cible. Considérez ce système en détail.
Effet physiologique
La réponse des cellules à l'action des hormones dépend de sa structure chimique, ainsi que du type de cellule qu'elle affecte.
La concentration d'hormones dans le sang est assez faible. Pour déclencher le mécanisme d'activation de l'enzyme avec la participation du système adénylate cyclase, elles doivent être reconnues puis associées à des récepteurs - des protéines spéciales à haute spécificité.
L'effet physiologique est déterminé par divers facteurs, par exemple la concentration de l'hormone. Elle est déterminée par la vitesseinactivation pendant la décomposition, se produisant principalement dans le foie, et le taux de son excrétion avec les métabolites. L'effet physiologique dépend du degré d'affinité de l'hormone pour les protéines porteuses. Les éléments thyroïdiens et stéroïdes se déplacent le long de la circulation sanguine avec les protéines. Le nombre et le type de récepteurs sur les cellules cibles sont également des facteurs déterminants.
Signaux stimulants
Les processus de synthèse et de sécrétion d'hormones sont stimulés par des impulsions internes et externes dirigées vers le système nerveux central. Les neurones transmettent ces signaux à l'hypothalamus. Ici, grâce à eux, la synthèse des statines et des liberines (hormones libérant des peptides) est stimulée. À leur tour, ils inhibent (suppriment) ou stimulent la synthèse et la sécrétion d'éléments dans l'hypophyse antérieure. Ces composants chimiques sont appelés hormones triples. Ils stimulent la production et la sécrétion d'éléments dans les glandes endocrines périphériques.
Signes d'hormones
Comme d'autres molécules de signalisation, ces éléments partagent un certain nombre de caractéristiques communes. Hormones:
- Excrétés des cellules qui les produisent dans l'espace extracellulaire.
- Non utilisé comme source d'énergie.
- Ce ne sont pas des éléments structurels des cellules.
- Avoir la capacité d'établir une relation spécifique avec des cellules qui ont des récepteurs spécifiques pour une hormone particulière.
- Diffèrent par une activité biologique élevée. Même à de petites concentrations, les hormones peuvent affecter efficacement les cellules.
Cibles cibles
Leur interaction avec les hormones est assurée par des protéines réceptrices spéciales. On les trouve sur la membrane externe, dans le cytoplasme, sur la membrane nucléaire et sur d'autres organites.
Il existe deux domaines (sites) dans toute protéine réceptrice. Grâce à eux, les fonctions sont implémentées:
- Reconnaissance hormonale.
- Transformation et transmission de l'impulsion reçue à la cellule.
Caractéristiques des récepteurs
Dans l'un des domaines protéiques, il existe un site complémentaire (mutuellement complémentaire) d'un élément de la molécule signal. La liaison du récepteur à celui-ci est similaire au processus de formation du complexe enzyme-substrat et est déterminée par la constante d'affinité.
La plupart des récepteurs ne sont actuellement pas bien compris. Cela est dû à la complexité de leur isolement et de leur purification, ainsi qu'à la teneur extrêmement faible de chaque type de récepteur dans les cellules. Or, il est connu que l'interaction des hormones avec les récepteurs est de nature physico-chimique. des liaisons hydrophobes et électrostatiques se forment entre eux.
L'interaction d'une hormone et d'un récepteur s'accompagne de modifications conformationnelles de ce dernier. En conséquence, le complexe de la molécule signal avec le récepteur est activé. Étant dans un état actif, il est capable de provoquer une réponse intracellulaire spécifique au signal entrant. Lorsque la synthèse ou la capacité des récepteurs à interagir avec les molécules de signalisation est altérée, des maladies apparaissent - des troubles endocriniens.
Ils peuvent être liés à:
- Manque de synthèse.
- Modifications de la structure des protéines réceptrices (troubles génétiques).
- Bloquer les récepteurs avec des anticorps.
Types d'interactions
Ils diffèrent selon la structure de la molécule hormonale. S'il est lipophile, il est capable de pénétrer la couche lipidique de la membrane externe des cibles. Un exemple est les hormones stéroïdes. Si la taille de la molécule est importante, elle ne peut pas pénétrer dans la cellule. En conséquence, les récepteurs des hormones lipophiles sont situés à l'intérieur des cibles, et pour les hormones hydrophiles - à l'extérieur, sur la membrane externe.
Deuxièmes intermédiaires
Obtenir une réponse à un signal hormonal provenant de molécules hydrophiles est assuré par le mécanisme intracellulaire de transmission des impulsions. Il fonctionne par l'intermédiaire de soi-disant deuxièmes intermédiaires. En revanche, les molécules d'hormones sont assez diverses dans leur forme.
Les nucléotides cycliques (cGMP et cAMP), la calmoduline (protéine liant le calcium), les ions calcium, l'inositol triphosphate, les enzymes impliquées dans la synthèse des nucléotides cycliques et la phosphorylation des protéines agissent comme des "seconds messagers".
L'action des hormones via le système de l'adénylate cyclase
Il existe 2 manières principales de transmettre une impulsion aux cellules cibles à partir d'éléments de signalisation:
- Système adénylate ceclase (guanylate cyclase).
- Mécanisme des phosphoinositides.
Le schéma d'action des hormones via le système de l'adénylate cyclase implique: la protéine G, les protéines kinases,protéine réceptrice, guanosine triphosphate, enzyme adénylate céclase. En plus de ces substances, l'ATP est également nécessaire au fonctionnement normal du système.
Récepteur, la protéine G, près de laquelle se trouvent le GTP et l'adénylate cyclase, est intégrée à la membrane cellulaire. Ces éléments sont dans un état dissocié. Après la formation du complexe de la molécule signal et de la protéine réceptrice, la conformation de la protéine G change. En conséquence, l'une de ses sous-unités acquiert la capacité d'interagir avec GTP.
Le complexe formé "protéine G + GTP" active l'adénylate cyclase. Elle, à son tour, commence à transformer les molécules d'ATP en AMPc. Il est capable d'activer des enzymes spécifiques - les protéines kinases. De ce fait, les réactions de phosphorylation de diverses molécules protéiques avec la participation de l'ATP sont catalysées. La composition des protéines comprend en même temps les restes d'acide phosphorique.
En raison du mécanisme d'action des hormones dans le système de l'adénylate cyclase, l'activité de la protéine phosphorylée change. Dans différents types de cellules, des protéines d'activité fonctionnelle différente sont affectées: des molécules nucléaires ou membranaires, ainsi que des enzymes. À la suite de la phosphorylation, les protéines peuvent devenir fonctionnellement actives ou inactives.
Système adénylate cyclase: biochimie
En raison des interactions décrites ci-dessus, la vitesse des processus biochimiques dans la cible change.
Il faut dire sur la durée insignifiante de l'activation du système adénylate cyclase. La brièveté est due au fait que la protéine G, après liaison à l'enzymeL'activité GTPase commence à apparaître. Il restaure la conformation après hydrolyse du GTP et cesse d'agir sur l'adénylate cyclase. Cela conduit à l'arrêt de la réaction de formation d'AMPc.
Inhibition
En plus des participants directs au schéma du système de l'adénylate cyclase, dans certaines cibles, il existe des récepteurs associés aux molécules G, conduisant à l'inhibition de l'enzyme. L'adénylacétéclase est inhibée par le complexe "GTP + G protein".
Lorsque la production d'AMPc s'arrête, la phosphorylation ne s'arrête pas immédiatement. Tant que les molécules existent, l'activation des protéines kinases se poursuivra. Pour arrêter l'action de l'AMPc, les cellules utilisent une enzyme spéciale - la phosphodiestérase. Il catalyse l'hydrolyse du 3', 5'-cyclo-AMP en AMP.
Certains composés qui ont un effet inhibiteur sur la phosphodiestérase (par exemple, la théophylline, la caféine) aident à maintenir et à augmenter la concentration de cyclo-AMP. Sous l'influence de ces substances, la durée d'activation du système messager de l'adénylate cyclase. En d'autres termes, l'action de l'hormone est renforcée.
Inositol triphosphate
Outre le système de transduction du signal de l'adénylate cyclase, il existe un autre mécanisme de transduction du signal. Il s'agit d'ions calcium et d'inositol triphosphate. Ce dernier est une substance dérivée du phosphatide d'inositol (un lipide complexe).
L'inositol triphosphate est formé sous l'influence de la phospholipase "C", une enzyme spéciale qui est activée lors des changements conformationnels dans le domaine intracellulairerécepteur de la membrane cellulaire.
Grâce à l'action de cette enzyme, la liaison phosphoester de la molécule de phosphatidyl-inositol-4,5-bisphosphate est hydrolysée. En conséquence, l'inositol triphosphate et le diacylglycérol sont formés. Leur formation entraîne, à son tour, une augmentation de la teneur en calcium ionisé de la cellule. Cela contribue à l'activation de diverses molécules protéiques dépendantes du calcium, y compris les protéines kinases.
Dans ce cas, comme pour le lancement du système de l'adénylate cyclase, la phosphorylation des protéines agit comme l'une des étapes de la transmission des impulsions à l'intérieur de la cellule. Elle conduit à une réponse physiologique de la cellule à l'effet de l'hormone.
Élément de liaison
Une protéine spéciale, la calmoduline, est impliquée dans le fonctionnement du mécanisme des phosphoinositides. Un tiers de sa composition est formé d'acides aminés chargés négativement (Asp, Glu). À cet égard, il est capable de lier activement Ca+2.
Il y a 4 sites de liaison dans une molécule de calmoduline. À la suite de l'interaction avec Ca + 2, des changements conformationnels commencent dans la molécule de calmoduline. En conséquence, le complexe Ca + 2-calmoduline acquiert la capacité de réguler l'activité de nombreuses enzymes: phosphodiestérase, adénylate cyclase, Ca + 2, Mg + 2 - ATPase, ainsi que diverses protéines kinases.
Nuances
Dans différentes cellules, sous l'influence du complexe Ca + 2-calmoduline sur les isoenzymes d'une enzyme (par exemple, sur l'adénylate cyclase de différents types), on observera dans un cas une activation, et dans l'autre - inhibition de la formation d'AMPc. Cela est dû au fait que les centres allostériques des isoenzymespeut comprendre différents radicaux d'acides aminés. En conséquence, leur réaction à l'impact du complexe sera différente.
Extra
Comme vous pouvez le voir, les "seconds messagers" sont impliqués dans le système de l'adénylate cyclase et dans les processus décrits ci-dessus. Lorsque le mécanisme des phosphoinositides fonctionne, ce sont:
- Nucléotides cycliques. Comme dans le système de l'adénylate cyclase, il s'agit de c-GMP et de c-AMP.
- Ions calcium.
- Complexe Sa-calmoduline.
- Diacylglycérol.
- Inositol triphosphate. Cet élément est également impliqué dans la transduction du signal dans le système de l'adénylate cyclase.
Les mécanismes de signalisation des molécules hormonales dans les cibles impliquant les médiateurs ci-dessus ont plusieurs caractéristiques communes:
- L'une des étapes du transfert d'informations est le processus de phosphorylation des protéines.
- L'activation s'arrête sous l'influence de mécanismes spéciaux. Ils sont lancés par les participants au processus eux-mêmes (sous l'influence de mécanismes de rétroaction négative).
Conclusion
Les hormones agissent comme les principaux régulateurs humoraux des fonctions physiologiques du corps. Ils sont produits dans les glandes endocrines ou produits par des cellules endocrines spécifiques. Les hormones sont libérées dans la lymphe, le sang et ont un effet à distance (endocrinien) sur les cellules cibles.
Actuellement, les propriétés de ces moléculesassez bien étudié. Les processus de leur biosynthèse sont connus, ainsi que les principaux mécanismes d'influence sur l'organisme. Cependant, il reste encore de nombreux mystères non résolus liés aux particularités de l'interaction des hormones et d'autres composés.
