4 principale sisteme de reglare metabolică:
Sistemul nervos central (din cauza semnalului de transmisie prin impulsurile nervoase și neurotransmițători); Sistemul endocrin (folosind hormoni sunt sintetizați în glandele și transportate la celulele țintă (Figura A); paracrin și sisteme autocrine (cu ajutorul moleculelor secretate de celule în spațiul extracelular de semnalizare - eicosanoids, histamina, hormoni gastrointestinale, citokine). (Figura B și C), sistemul imunitar. (prin proteine specifice -. anticorpi, T-receptor de proteine complexe de histocompatibilitate) Toate nivelurile de reglementare sunt integrate și funcționează ca o unitate.
Sistemul endocrin controlează metabolismul prin gormonov.Gormony (antic ὁρμάω grecesc -. Indemn Energized) - compuși organici biologic activi, care sunt produse în cantități foarte mici în glandele endocrine, reglarea metabolismului umorală transportate și sunt de structură chimică diferită.
Hormonii clasici sunt caracterizați printr-o serie de simptome:
acțiunea DISTANT - sinteza in glandele endocrine, iar reglarea selectivitate tisulară la distanță de specificitate strictă de acțiune cu o durată de acțiune scurtă de acțiune în concentrații foarte scăzute, sub controlul SNC și reglarea acțiunii lor se realizează în majoritatea cazurilor printr-o acțiune de tip feedback-ul este mediat prin proteina receptor și sisteme enzimatice
Organizarea reglementării neuro-hormonale
Există o ierarhie sau subordonare strictă a hormonilor. Menținerea nivelului de hormoni în organism în majoritatea cazurilor oferă un mecanism de feedback negativ.
Transmiterea semnalului hormonal prin receptorii membranare
Transferul de informații de la mediatorul primar al hormonului este prin receptor. Acești receptori de semnal sunt transformați într-o schimbare în concentrația mediatorilor secundari, numiți mesageri secundari. Conjugarea receptorului cu sistemul efector este efectuată prin proteina G. Un mecanism comun prin care efectul biologic este realizat de proces „fosforilare - enzime defosforilare“ Există diferite mecanisme de transmisie a semnalelor hormonale prin receptorii membranari - ciclaza, guanilat ciclazei, sistemul inozitolfosfatnaya și altele.
Semnalul de la hormon este transformat într-o schimbare în concentrația mediatorilor secundari - cAMP, cGTP, IF3, DAG, CA2 +, NO.
Cel mai comun sistem este transmisia semnalului hormonal prin receptorii membranei - sistemul de adenilat ciclază.
Complexul receptorilor hormonali este legat de o proteină G care are 3 subunități (α, β și γ). În absența unui hormon, subunitatea α este asociată cu GTP și cu adenilat ciclaza. Complexul hormon-receptor conduce la scindarea dimerului βg din αGTP. Subunitatea αGTP activează adenilat ciclaza care catalizează formarea AMP ciclic (cAMP). cAMP activează proteina kinaza A (PKA), o enzimă de fosforilare care schimbă viteza proceselor metabolice. Protein kinazele disting între A, B, C și altele.
Adrenalina și glucagonul prin sistemul de adenilat ciclază al transferului de semnal hormonal activează lipazele TAG dependente de hormon de adipocite. Se produce atunci când tulpina corpului (foame, muncă musculară prelungită, răcire). Insulina blochează acest proces.
Protein kinaza A fosforilează și activează lipaza TAG. TAG-lipaza scade din acizii grași triacilglicerol cu formarea de glicerol. Acizii grași oxidează și asigură organismului energie.
Transmiterea semnalului de la adrenoreceptori. AC - adenilil ciclazei, PKA - protein kinaza A, PKC - protein kinaza C, FLS - fosfolipaza C, PLA2 - fosfolipaza A2 FLD - fosfolipaza D, PC - fosfatidilcolina, PL - fosfolipide FC - Acid fosfatidic, AHC - acid arahidonic, PIP2 - fosfatidilinozitolbifosfat , IP3 - inozitol trifosfat, DAG - diacilglicerol, Pg - prostaglandine, LT - leucotriene.
Adrenoreceptorii de toate tipurile își dau efectul prin intermediul proteinelor Gs. subunitatea α- a proteinei activează adenilat ciclaza, care asigură o sinteză a cAMP în ATP celulei și activarea cAMP protein kinaza dependentă de A. βγ subunități ale Gs-proteina Ca2 activat + canal și de tip L deschiderea canalului maxi-K +. Sub influența dependentă de cAMP protein kinaza A are loc lanțuri ușoare de miozină fosforilirovaniekinazy și merge într-o formă inactivă, nu sunt capabile să fosforileze lanțurile ușoare miozină. Procesul de fosforilare a lanțurilor ușoare se oprește și se relaxează celula musculară netedă.
Interacțiunea receptorului beta-2 (indicat în albastru) cu proteinele G (marcate cu verde). Receptorii, cuplat la proteinele G, este foarte interesant, dacă luăm în considerare ansamblurile arhitecturale ale celulei moleculare ca o capodoperă a naturii. Acestea se numesc „semispiralnymi“, deoarece acestea sunt spiralată, ambalate în membrana celulară în maniera serpentinei de Crăciun și „pătrunde“ de șapte ori, expunând suprafața „coada“, care poate accepta un semnal și să transmită modificări conformaționale în întreaga moleculă.
Proteinele G (proteine G din limba engleză) sunt o familie de proteine aparținând GTPazei și care funcționează ca intermediari în cascade de semnalizare intracelulare. Proteinele G sunt numite astfel deoarece mecanismul său semnal folosesc înlocuire GDF (albastru) pe GTP (verde) ca funcția „comutator“ molecular pentru a controla procesele celulare.
Proteinele G sunt împărțite în două grupe principale - heterotrimerice ("mari") și "mici". Proteinele G-proteomice sunt proteine cuaternare formate din trei subunități: alfa (a), beta (β) și gamma (γ). Proteinele G mici sunt proteine dintr-un lanț polipeptidic, au o masă moleculară de 20-25 kD și aparțin super-familiei Ras a GTPazelor mici. Lanțul lor polipeptidic unic este omolog cu subunitatea a de proteine G heterotrimerice. Ambele grupuri de proteine G sunt implicate în semnalizarea intracelulară.
Adenozin monofosfatul ciclic (AMP ciclic, tsAMF, cAMP) - derivat ATP, realizând un rol în al doilea mesager corp, folosit pentru propagarea semnalului intracelular al anumitor hormoni (de exemplu, glucagon sau epinefrina), care nu pot trece prin membrana celulei.
Fiecare dintre sistemele de transmisie a semnalelor hormonale corespunde unei anumite clase de proteine kinaze
Activitatea protein kinazelor tip A este reglată de cAMP, proteina kinaza G este cGMP. Ca2 + - proteina kinazele dependente de calmodulină sunt controlate de concentrația de CA2 +. Protein kinazele de tip C sunt reglementate de DAG. Creșterea nivelului oricărui mediator secundar duce la activarea unei anumite clase de proteine kinaze. Uneori, subunitatea receptorului membranar poate avea activitate enzimatică. De exemplu: proteina kinaza tirozină a receptorului de insulină, activitatea cărora este reglată de hormoni.
Efectul insulinei asupra celulelor țintă începe după legarea sa la receptorii de membrană, cu domeniul intracelular al receptorului având activitate tirozin kinază.
Tirozin kinaza introduce procesele de fosforilare a proteinelor intracelulare. Autofosforilarea rezultată a receptorului conduce la o creștere a semnalului primar. complex insulino-receptor poate determina activarea fosfolipazei C, generarea mesagerilor secundari diacylglycerol și inositol trifosfat, activarea protein kinazei C, inhibarea cAMP. Implicarea mai multor sisteme secundare de mediator explică diversitatea și diferențele dintre efectele insulinei în diferite țesuturi.
Un alt sistem este sistemul de mesager al guanylate cyclase.
Domeniul citoplasmatic al receptorului are activitatea de guanilat ciclază (o enzimă care conține heme). Moleculele cGTP pot activa canalele ionice sau proteina kinaza G, o enzimă de fosforilare. cGMP controlează schimbul de apă și transportul de ioni în rinichi și intestin, iar în mușchiul inimii servește ca un semnal pentru relaxare.
Transmiterea semnalului hormonal prin NO
Sistemul de fosfat inositol.
Legarea hormonului la receptor determină o modificare a conformației receptorilor. Există o disociere a proteinei G, iar GDF este înlocuită cu GTP. Segregarea α subunitatea legată cu molecula GTP dobândește afinitate pentru fosfolipaza C. Sub acțiunea hidroliză fosfolipazei C a membranei lipidice fosfatidilinozitol 4,5-bifosfat (FIF2) și formarea de inozitol-1,4,5-trifosfat (IP3) și diacilglicerol (DAG). DAG este implicat în activarea enzima proteinkinază C (PKC). Inositol 1,4,5-trifosfat (IP3) se leagă la centrele specifice Ca2 + membrane ER-dependente, aceasta conduce la modificări în conformația proteinelor și deschiderea canalului - Ca2 + intră în citosol. În absența IF3 în citozol, canalul este închis.