Moduł 3, MEDYCYNA, Fizjologia z biochemią
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
Wybrane zagadnienia z biochemii człowieka
Wybrane zagadnienia z biochemii człowieka
1. Charakterystykaukładów hormonalnych
2. Struktura i funkcje witamin
3. Porfiryny i barwniki żółciowe
4. Klasyfikacja i działanie enzymów
5. Wybrane zagadnienia z biochemii klinicznej
1
Wybrane zagadnienia z biochemii człowieka
1. Charakterystyka układów hormonalnych
Biochemia człowieka porusza niezwykle ważne tematy, dotyczące działania hormonów i
enzymów oraz opisuje rolę witamin w organizmie ludzkim.
Na poziomie obecnej wiedzy o przekazywaniu informacji na poziomie subkomórkowym,
niezwykle trudno jest podać jednoznaczną definicję
hormonu
. Jednak na potrzeby
naszych rozważań możemy przyjąć, że hormonem jest substancja wydzielana przez
gruczoł dokrewny. Hormon wytwarzany jest w bardzo małych ilościach i rozprowadzany
przez krew (stąd nazwa gruczoł dokrewny lub gruczoł wydzielania wewnętrznego). Może
wpływać m.in. na zmianę przepuszczalności błon komórkowych, syntezę enzymów,
kolejność przebiegu reakcji biochemicznych.
Hormony koordynują pracę poszczególnych narządów. Są one produkowane w mózgu
przez przysadkę i szyszynkę, przez tarczycę i gruczoły przytarczyczne, trzustkę,
nadnercza oraz jajniki u kobiet i jądra u mężczyzn.
Hormony można sklasyfikować na podstawie ich struktury chemicznej lub
rozpuszczalności w różnych środowiskach, lokalizacji receptora hormonalnego lub rodzaju
sygnału pośredniczącego (w obrębie komórki).
Stosując pierwsze kryterium (znacznie upraszczając) hormony można podzielić na
hormony sterydowe (pochodne cholesterolu) i białkowe (pochodne aminokwasów).
Analizując problem dokładniej możemy dokonać podziału hormonów w oparciu o
mechanizm ich działania:
1) grupa I — hormony wiążące się z receptorami śródkomórkowymi (zlokalizowanymi w
cytozolu), np.: estrogeny, glukokortykoidy, mineralokortykoidy, progestyny, kalcytriol,
androgeny, hormony tarczycy (T
3
i T
4
),
2) grupa II — hormony wiążące się z receptorami powierzchni komórkowej. Możemy
wśród nich wyróżnić co najmniej trzy podgrupy:
—
A
— gdzie drugim przekaźnikiem jest cAMP
(cykliczny adenozynomonofosforan),
np.: hormon adrenokortykotropowy (ACTH), angiotensyna II, hormon antydiuretyczny
2
Wybrane zagadnienia z biochemii człowieka
(ADH), folitropina (FSH), gonadotropina kosmówkowa (hCG), lipotropina (LPH),
lutropina (LH), melanotropina (MSH), tyreotropina (TSH), parathormon,
acetylocholina, glukagon, kortykoliberyna (CRH), kalcytonina, katecholaminy
α
-
adrenergiczne,
β
-adrenergiczne i somatostatyna,
—
B —
gdzie drugim przekaźnikiem jest cGMP, tj. przedsionkowy czynnik
natriuretyczny (ANF),
—
C — gdzie drugim przekaźnikiem są jony wapnia i/lub fosfatydyloinozytydy, np.:
hormon wzrostu (GH), insulina, czynniki wzrostu insulinopodobne (IGF-I, IGF-II),
prolaktyna, nerwowy czynnik wzrostowy (NGP), czynnik wzrostowy pochodzenia
płytkowego (PDGF).
W ogólnym zarysie grupa pierwsza odpowiada hormonom sterydowym, zaś grupa druga
— hormonom białkowym. Działanie każdego hormonu na poziomie komórkowym zaczyna
się od połączenia ze swoistym receptorem.
Rysunek 1 przedstawia schemat działania hormonu sterydowego:
3
Wybrane zagadnienia z biochemii człowieka
CYTOPLAZMA
Steroid
JĄDRO KOMÓRKOWE
+
+
Receptor
„Aktywacja”
Kompleks
hormon-receptor
Sekwencja odpowiedzi
hormonalnej (HRE)
Gen
DNA
(chromatyna)
Transkrypcja
mRNA
mRNA
Translacja
Swoiste białko
Odpowiedź metaboliczna
Rysunek 1.
Schemat działania hormonu sterydowego
Działanie hormonów białkowych polega na ich połączeniu z receptorem powierzchniowym
na komórce i przekazaniu sygnału do jej wnętrza. Receptory dla hormonów peptydowych
są integralnymi białkami błony komórkowej (najczęściej są to glikoproteiny). Po połączeniu
się z receptorem dochodzi do zmian konformacji i oddziaływania kompleksu hormon–
receptor z białkiem G. Wyzwala to cały szereg reakcji, co w konsekwencji prowadzi do
aktywacji jednego z dwóch enzymów efektorowych (cyklazy adenylanowej lub
fosfodiesterazy difosforanu fosfatydyloinozytolu).
Cyklaza adenylanowa zwiększa ilość cAMP, który aktywuje kinazy białek A. Kinazy
wpływają następnie na aktywację określonych enzymów, będących ostatecznym celem
działania hormonu. Aktywacja fosfodiesterazy difosforanu fosfatydyloinozytolu prowadzi do
powstania trifosforanu inozytolu IP
3
(przechodzącego do cytoplazmy) i diacyloglicerolu
4
Wybrane zagadnienia z biochemii człowieka
DAG (pozostającego w błonie komórkowej). DAG aktywuje kinazę białek C, następnie ta
aktywuje odpowiednie enzymy, a IP
3
uwalnia jony wapniowe z siateczki
śródplazmatycznej. Jony te aktywują innego rodzaju kinazę białek, dając w efekcie
aktywację określonego enzymu.
H
H
R
R
Cyklaza
adenylanowa
G
G
PDE
DAG
Kinaza C
Kinaza C
Nieaktywna
Aktywna
GTP
GDP
ATP
GTP
GDP
IP
3
cAMP
Białka nieaktywne
Kinaza A
Ca
2+
ATP
ATP
Kinaza C
ADP
ADP
Nieaktywna
Aktywna
Białka aktywne
Ca
2+
+
Kalmodulina
Kinaza A
Kinaza C
Aktywna
Nieaktywna
ADP
ATP
ADP
ATP
Aktywna
Aktywna
(kataboliczny)
Enzym
(anaboliczny)
nieaktywny
Rysunek 2.
Kaskada reakcji jaką wywołuje połączenie się hormonu peptydowego z receptorem błonowym
Jak wiemy, hormony wpływają na komórki, tkanki i narządy oraz podlegają także pewnym
procesom (właściwie podlegają im gruczoły je produkujące), mającym na celu regulować
ich działanie. W skrócie można powiedzieć, że ilość wydzielanych hormonów regulują dwa
mechanizmy — ujemne sprzężenie zwrotne oraz sprzężenie hormonów w pary.
Wyjaśnijmy pokrótce obydwa mechanizmy:
Ujemne sprzężenie zwrotne
—
podwzgórze jest gruczołem łączącym układ nerwowy z
hormonalnym. Podwzgórze, przez neurohormony, pobudza przysadkę, tj. gruczoł
nadrzędny w stosunku do pozostałych gruczołów dokrewnych. Wydziela ona hormony
tropowe, docierające do gruczołów docelowych, produkujących hormony białkowe lub
5
[ Pobierz całość w formacie PDF ]