17.2 Hormón
17.2 Hormón
Námsmarkmið
Að loknum þessum hluta átt þú að geta:
- Greint þrjá meginflokka hormóna eftir efnafræðilegri byggingu
- Borið saman innanfrumuhormónaviðtaka og hormónaviðtaka á frumuhimnu
- Lýst boðferlum sem fela í sér cAMP og IP3
- Greint nokkra þætti sem hafa áhrif á svar markfrumu
- Fjallað um hlutverk afturvirkra ferla, vessaáreita, hormónaáreita og taugaáreita við stjórnun hormónaseytingar
Þótt tiltekið hormón geti borist með blóðrásinni um allan líkamann hefur það aðeins áhrif á starfsemi markfrumna sinna, það er frumna sem bera viðtaka fyrir hormónið. Þegar hormónið binst viðtakanum fer af stað atburðarás sem leiðir til svars markfrumunnar. Hormón gegna lykilhlutverki í stjórnun lífeðlisfræðilegra ferla með því að stýra svörum markfrumna. Svörin stuðla meðal annars að æxlun, vexti og þroska líkamsvefja, efnaskiptum, vökva- og rafvakajafnvægi, svefni og fjölmargri annarri líkamsstarfsemi. Helstu hormón mannslíkamans og áhrif þeirra eru sýnd í töflu 17.2.
| Innkirtill | Tengd hormón | Efnaflokkur | Áhrif |
|---|---|---|---|
| Heiladingull (framhluti) | Vaxtarhormón (GH) | Prótein | Stuðlar að vexti líkamsvefja |
| Heiladingull (framhluti) | Prólaktín (PRL) | Peptíð | Örvar mjólkurmyndun |
| Heiladingull (framhluti) | Skjaldkirtilsstýrihormón (TSH) | Glýkóprótein | Örvar losun skjaldkirtilshormóna |
| Heiladingull (framhluti) | Nýrnahettubarkarörvandi hormón (ACTH) | Peptíð | Örvar hormónalosun úr nýrnahettuberki |
| Heiladingull (framhluti) | Eggbússtýrihormón (FSH) | Glýkóprótein | Örvar kynfrumumyndun |
| Heiladingull (framhluti) | Gulbússtýrihormón (LH) | Glýkóprótein | Örvar andrógenframleiðslu kynkirtla |
| Heiladingull (afturhluti) | Þvagtemprandi hormón (ADH) | Peptíð | Örvar endurupptöku vatns í nýrum |
| Heiladingull (afturhluti) | Oxýtósín | Peptíð | Örvar legsamdrætti í fæðingu |
| Skjaldkirtill | Þýroxín (T4), tríjoðþýrónín (T3) | Amín | Auka grunnefnaskiptahraða |
| Skjaldkirtill | Kalsítónín | Peptíð | Lækkar styrk í blóði |
| Kalkkirtill | Kalkkirtlahormón (PTH) | Peptíð | Hækkar styrk í blóði |
| Nýrnahetta (börkur) | Aldósterón | Steri | Eykur endurupptöku Na+ í nýrum |
| Nýrnahetta (börkur) | Kortisól, kortíkósterón, kortisón | Steri | Hækka blóðsykur |
| Nýrnahetta (mergur) | Adrenalín, noradrenalín | Amín | Örva berjast-eða-flýja-viðbragð |
| Heilaköngull | Melatónín | Amín | Stjórnar svefnlotum |
| Bris | Insúlín | Prótein | Lækkar blóðsykur |
| Bris | Glúkagon | Prótein | Hækkar blóðsykur |
| Eistu | Testósterón | Steri | Stuðlar að þroska kyneinkenna, þar á meðal dýpri rödd, auknum vöðvamassa og auknum líkamshárvexti, og örvar sáðfrumumyndun |
| Eggjastokkar | Estrógen og prógesterón | Steri | Stuðla að þroska kyneinkenna, þar á meðal fitu- og brjóstvefjar, og undirbúa æxlunarkerfið fyrir meðgöngu og fæðingu |
Tegundir hormóna
Eftir efnafræðilegri byggingu má skipta hormónum mannslíkamans í þrjá meginflokka: amínhormón, peptíð- og próteinhormón og sterahormón (mynd 17.3). Fyrstu tveir flokkarnir eru afleiddir af amínósýrum en sterahormón af lípíðum. Efnaflokkur hormóns hefur áhrif á dreifingu þess, gerð viðtaka sem það binst og aðra þætti starfseminnar.
Amínhormón
Hormón sem myndast við breytingu amínósýra kallast amínhormón. Yfirleitt er upprunalegri byggingu amínósýrunnar breytt þannig að –COOH-hópurinn, eða karboxýlhópurinn, er fjarlægður en , eða amínhópurinn, verður eftir.
Amínhormón eru mynduð úr amínósýrunum tryptófani eða týrósíni. Melatónín er dæmi um hormón afleitt af tryptófani; heilaköngullinn seytir því og það tekur þátt í stjórnun dægursveiflu. Afleiður týrósíns eru meðal annars skjaldkirtilshormón sem stjórna efnaskiptum og katekólamín á borð við adrenalín, noradrenalín og dópamín. Nýrnahettumergurinn seytir adrenalíni og noradrenalíni, sem taka þátt í berjast-eða-flýja-viðbragði, en undirstúkan seytir dópamíni sem hamlar losun tiltekinna hormóna framhluta heiladinguls.
Peptíð- og próteinhormón
Amínhormón eru afleidd af einni amínósýru en peptíð- og próteinhormón samanstanda af mörgum amínósýrum sem tengjast í keðju. Peptíðhormón eru stuttar amínósýrukeðjur en próteinhormón lengri fjölpeptíð. Báðir flokkar eru myndaðir eins og önnur prótein líkamans: DNA er umritað í mRNA sem síðan er þýtt í amínósýrukeðju.
Meðal peptíðhormóna eru þvagtemprandi hormón (ADH), sem afturhluti heiladinguls losar og skiptir máli fyrir vökvajafnvægi, og gáttanatríumræsipeptíð, sem hjartað framleiðir og stuðlar að lækkun blóðþrýstings. Próteinhormón eru meðal annars vaxtarhormón frá heiladingli og eggbússtýrihormón (FSH). FSH ber tengdan kolvetnishóp og flokkast því sem glýkóprótein. Það stuðlar að þroska eggfrumna í eggjastokkum og sáðfrumna í eistum.
Sterahormón
Helstu hormónin sem afleidd eru af lípíðum eru sterar. Sterahormón eru afleidd af lípíðinu kólesteróli. Kynkirtlar, það er eistu og eggjastokkar, framleiða til dæmis sterahormónin testósterón og estrógen. Nýrnahetturnar framleiða sterahormónið aldósterón, sem tekur þátt í osmóstjórnun, og kortisól, sem tekur þátt í efnaskiptum.
Líkt og kólesteról eru sterahormón óleysanleg í vatni, það er vatnsfælin. Þar sem blóð er að mestu vatn verða lípíðafleidd hormón að berast til markfrumna bundin flutningspróteinum. Bindingin við flutningsprótein lengir helmingunartíma sterahormóna þannig að hann verður mun lengri en hjá hormónum afleiddum af amínósýrum. Helmingunartími hormóns er sá tími sem þarf til að helmingur þess magns sem fyrir er brotni niður. Lípíðafleidda hormónið kortisól hefur til dæmis um 60 til 90 mínútna helmingunartíma. Amínósýruafleidda hormónið adrenalín hefur aftur á móti um einnar mínútu helmingunartíma.
Verkunarferlar hormóna
Hormónaviðtaki tekur við boðum hormóns. Hann er prótein sem er annaðhvort inni í frumunni eða í frumuhimnunni. Viðtakinn vinnur úr boðunum með því að hrinda af stað öðrum boðatburðum eða frumuferlum sem leiða til svars markfrumunnar. Hormónaviðtakar þekkja sameindir með tiltekna lögun og hliðarhópa og svara aðeins hormónum sem passa við þá. Sama gerð viðtaka getur verið á frumum í ólíkum vefjum líkamans og kallað fram nokkuð ólík svör. Svarið við hormóni ræðst því ekki aðeins af hormóninu heldur einnig af markfrumunni.
Þegar markfruma hefur tekið við hormónaboðum getur hún svarað með ýmsum hætti. Svarið getur meðal annars falist í örvun próteinmyndunar, virkjun eða óvirkjun ensíma, breytingu á gegndræpi frumuhimnunnar, breyttum hraða mítósu og frumuvaxtar eða örvun seytingar. Eitt hormón getur auk þess kallað fram fleiri en eitt svar í sömu frumu.
Ferlar með innanfrumuhormónaviðtökum
Innanfrumuhormónaviðtakar eru inni í frumunni. Hormón sem bindast þessari gerð viðtaka verða að geta farið yfir frumuhimnuna. Sterahormón eru afleidd af kólesteróli og geta því auðveldlega sveimað í gegnum lípíðtvílag frumuhimnunnar að innanfrumuviðtakanum (mynd 17.4). Skjaldkirtilshormón fara hins vegar yfir frumuhimnuna með sértækum burðarpróteinum; sumar þessara flutningsleiða eru orku- og Na+-háðar.
Bindingarstaður stera- og skjaldkirtilshormóna er dálítið ólíkur. Sterahormón getur bundist viðtaka sínum í umfrymi eða kjarna. Í báðum tilvikum myndast hormón–viðtaka-flóki sem færist að litni í frumukjarnanum og binst tilteknu svæði í DNA frumunnar. Skjaldkirtilshormón bindast aftur á móti viðtökum sem þegar eru bundnir DNA. Hjá bæði stera- og skjaldkirtilshormónum hrindir binding hormón–viðtaka-flókans við DNA af stað umritun markgens í mRNA. mRNA flyst í umfrymið og stýrir próteinmyndun í ríbósómum.
Ferlar með hormónaviðtökum í frumuhimnu
Vatnssækin, eða vatnsleysanleg, hormón geta ekki sveimað í gegnum lípíðtvílag frumuhimnunnar og verða því að miðla boðum sínum til viðtaka á yfirborði frumunnar. Öll hormón afleidd af amínósýrum, að fituleysanlegum skjaldkirtilshormónum undanskildum, bindast hormónaviðtökum í frumuhimnu sem liggja að minnsta kosti að hluta á utanfrumuyfirborði hennar. Þau hafa því ekki bein áhrif á umritun markgena heldur koma af stað boðferli sem sameind sem kallast annars stigs boðberi miðlar. Hormónið sjálft kallast þá fyrsta stigs boðberi.
Sá annars stigs boðberi sem flest hormón nota er hringtengt adenósíneinfosfat (cAMP). Í cAMP-boðkerfinu binst vatnsleysanlegt hormón viðtaka sínum í frumuhimnunni (skref 1 á mynd 17.5). Viðtakinn tengist innanfrumuþætti sem kallast G-prótein og binding hormónsins virkjar G-próteinið (skref 2). Virkjaða G-próteinið virkjar ensímið adenýlýlsýklasa, einnig nefnt adenýlatsýklasi (skref 3), sem umbreytir adenósínþrífosfati (ATP) í cAMP (skref 4). Sem annars stigs boðberi virkjar cAMP ensímgerð í umfryminu sem kallast próteinkínasi (skref 5). Virkjaðir próteinkínasar koma af stað fosfórunarkeðju þar sem margir próteinkínasar fosfóra, það er bæta fosfathópi við, fjölmörg ólík frumuprótein, þar á meðal önnur ensím (skref 6).
Fosfórun frumupróteina getur haft margvísleg áhrif, allt frá efnaskiptum næringarefna til myndunar ólíkra hormóna og annarra afurða. Áhrifin ráðast af gerð markfrumu, G-próteinum og kínösum sem taka þátt og því hvaða prótein eru fosfóruð. Meðal hormóna sem nota cAMP sem annars stigs boðbera eru kalsítónín, sem tekur þátt í beinefnaskiptum og stjórnun kalsíumstyrks í blóði, glúkagon, sem tekur þátt í stjórnun blóðsykurs, og skjaldkirtilsstýrihormón, sem veldur losun T3 og T4 frá skjaldkirtli.
Fosfórunarkeðjan eykur í heild skilvirkni, hraða og sértækni hormónasvarsins verulega, því mjög lágur hormónastyrkur í blóði getur hrundið af stað þúsundum boðatburða samtímis. Hormónaboðin vara þó stutt því ensímið fosfódíesterasi (PDE) í umfryminu gerir cAMP hratt óvirkt. Verkun PDE stuðlar að því að svar markfrumu stöðvist fljótt nema ný hormón berist að frumuhimnunni.
Einnig eru til G-prótein sem lækka cAMP-styrk í frumunni þegar hormón binst. Þegar vaxtarhormónshamlandi hormón (GHIH), einnig nefnt sómatóstatín, binst til dæmis viðtökum sínum í heiladingli lækkar cAMP-styrkur og seyting vaxtarhormóns manna minnkar.
Ekki koma öll vatnsleysanleg hormón af stað cAMP-boðkerfinu. Í algengu öðru kerfi gegna kalsíumjónir hlutverki annars stigs boðbera. Þar virkja G-prótein ensímið fosfólípasa C (PLC), sem verkar á svipaðan hátt og adenýlýlsýklasi. Virkjað PLC klýfur himnubundið fosfólípíð í tvær sameindir: díasýlglýseról (DAG) og inósítólþrífosfat (IP3). Líkt og cAMP virkjar DAG próteinkínasa sem koma af stað fosfórunarkeðju. Samtímis veldur IP3 losun kalsíumjóna úr geymslustöðum innan frumunnar, svo sem úr slétta frymisnetinu. Kalsíumjónirnar verka síðan sem annars stigs boðberar á tvo vegu: þær geta haft bein áhrif á ensím og aðra frumustarfsemi eða bundist kalsíumbindipróteinum, einkum kalmódúlíni. Þegar kalsíum binst kalmódúlíni getur það mótað virkni próteinkínasa og annarra markpróteina í frumunni. Hormón sem nota kalsíumjónir í annars stigs boðkerfi eru meðal annars angíótensín II, sem tekur þátt í blóðþrýstingsstjórnun með æðasamdrætti, og vaxtarhormónsleysihormón (GHRH), sem veldur losun vaxtarhormóns frá heiladingli.
Þættir sem hafa áhrif á svar markfrumu
Markfrumur verða að hafa sértæka viðtaka fyrir hormón svo það geti kallað fram svar, en fleiri þættir hafa áhrif á svarið. Viðvarandi hár styrkur hormóns í blóði getur til dæmis valdið því að markfrumur fækki viðtökum fyrir hormónið. Ferlið kallast niðurstjórnun og gerir frumurnar síður næmar fyrir of háum hormónastyrk. Þegar hormónastyrkur er langvarandi lágur geta markfrumur fjölgað viðtökunum með uppstjórnun. Þá verða frumurnar næmari fyrir því hormóni sem er til staðar. Frumur geta einnig breytt næmi viðtakanna sjálfra fyrir ýmsum hormónum.
Tvö eða fleiri hormón geta haft sameiginleg áhrif á svar frumna með ýmsum hætti. Þrjár algengustu tegundir samspils eru:
Stjórnun hormónaseytingar
Stjórna þarf hormónastyrk nákvæmlega til að koma í veg fyrir óeðlileg gildi og hugsanlegt sjúkdómsástand. Líkaminn viðheldur stjórninni með jafnvægi milli framleiðslu og niðurbrots hormóna. Afturvirkir ferlar stýra upphafi og viðhaldi seytingar flestra hormóna sem svar við ýmsum áreitum.
Hlutverk afturvirkra ferla
Hér verður aðeins farið stuttlega yfir framlag afturvirkra ferla til samvægis. Í jákvæðum afturvirkum ferli veldur upphafleg hormónalosun frekari losun hormónsins. Losun oxýtósíns í fæðingu er slíkur ferill. Fyrsta oxýtósínlosunin örvar legvöðvana til samdráttar. Það ýtir fóstrinu að leghálsinum og teygir hann. Teygjan sendir aftur boð sem auka oxýtósínlosun og magna fæðingarhríðarnar. Oxýtósínlosunin minnkar eftir fæðingu barnsins.
Algengasta aðferð hormónastjórnunar er neikvæður afturvirkur ferill. Þegar styrkur hormóns er orðinn nægur hamlar neikvæð afturverkun frekari seytingu þess og heldur blóðstyrknum innan þröngra marka. Losun sykurstera frá nýrnahettum undir stjórn undirstúku og heiladinguls er dæmi um slíkan feril. Þegar styrkur sykurstera í blóði hækkar draga undirstúka og heiladingull úr boðum til nýrnahettna og koma þannig í veg fyrir frekari seytingu sykurstera (mynd 17.6).
Hlutverk áreitis á innkirtla
Viðbrögð sem efnabundin áreiti og taugaáreiti vekja stjórna innkirtlastarfsemi. Þau geta verið einföld og aðeins falið í sér svar eins hormóns eða flóknari og falið í sér mörg hormón, eins og þegar undirstúkan stjórnar mörgum hormónum sem lúta stjórn framhluta heiladinguls.
Vessaáreiti eru breytingar á styrk annarra efna en hormóna í blóði, svo sem næringarefna eða jóna, sem örva eða hamla hormónalosun og stuðla þannig að samvægi. Osmónemar í undirstúku skynja til dæmis breytingar á osmólstyrk blóðs, það er styrk uppleystra efna í blóðvökva. Ef osmólstyrkurinn er of hár er of lítið vatn miðað við uppleyst efni. Þá örva osmónemarnir undirstúkuna til að auka losun ADH. Hormónið veldur því að nýrun endurupptaka meira vatn og þvagmagn minnkar. Endurupptakan þynnir blóðið og lækkar osmólstyrk þess að hæfilegu gildi. Stjórnun blóðsykurs er annað dæmi. Hár blóðsykur örvar losun insúlíns frá brisi. Insúlín eykur upptöku glúkósa í frumur og geymslu hans sem glýkógens í lifur.
Innkirtill getur einnig seytt hormóni sem svar við hormóni frá öðrum innkirtli. Slíkt hormónaáreiti felur oft í sér undirstúkuna, sem myndar leysi- og hömlunarhormón er stjórna seytingu ýmissa heiladingulshormóna.
Auk efnaboða geta taugaáreiti valdið hormónalosun. Algengt dæmi er þegar driftaugakerfið virkjar berjast-eða-flýja-viðbragð. Þegar einstaklingur skynjar hættu senda driftaugafrumur nýrnahettumerg boð um að seyta adrenalíni og noradrenalíni. Hormónin auka hjartslátt og loftræstingu lungna og breyta æðavídd með ólíkum hætti eftir vefjum þannig að blóðflæði og súrefnisflutningur til heila og beinagrindarvöðva aukast. Jafnframt dregur tímabundið úr meltingarstarfsemi og ónæmisstarfsemi breytist. Þessi samhæfðu svör bæta getu líkamans til að takast á við hættu eða flýja hana.