3737 Innkirtlakerfið

37.2 Hvernig hormón virka

Hæfniviðmið

Í lok þessa hluta munt þú geta gert eftirfarandi:

Útskýrt hvernig hormón virka
Rætt hlutverk mismunandi tegunda hormónaviðtaka

Hormón miðla breytingum í markfrumum með því að bindast sértækum hormónaviðtökum. Þótt hormón berist þannig um allan líkamann og komist í snertingu við margar mismunandi frumugerðir hafa þau aðeins áhrif á frumur sem hafa nauðsynlega viðtaka. Viðtaka fyrir tiltekið hormón má finna á mörgum mismunandi frumum, eða þeir geta verið takmarkaðir við fáeinar sérhæfðar frumur. Til dæmis verka skjaldkirtilshormón á margar mismunandi vefjagerðir og örva efnaskiptavirkni um allan líkamann. Frumur geta haft marga viðtaka fyrir sama hormón, en þær hafa oft einnig viðtaka fyrir mismunandi tegundir hormóna. Fjöldi viðtaka sem svara hormóni ákvarðar næmi frumunnar fyrir hormóninu og þar með frumusvörunina. Auk þess getur fjöldi viðtaka sem svara hormóni breyst með tímanum, sem leiðir til aukins eða minnkaðs frumunæmis. Við uppstjórnun fjölgar viðtökum sem svar við langvarandi lágum hormónastyrk; það gerir frumuna næmari fyrir hormóninu og eykur frumuvirkni. Þegar viðtökum fækkar sem svar við hækkandi hormónastyrk kallast það niðurstjórnun og frumuvirkni minnkar.

Binding við viðtaka breytir frumuvirkni og veldur aukningu eða minnkun á eðlilegum líkamsferlum. Það ræðst af staðsetningu próteinviðtakans á markfrumunni og efnafræðilegri byggingu hormónsins hvort hormón miðla breytingum beint, með því að bindast innanfrumuhormónaviðtökum og stýra genaumritun, eða óbeint, með því að bindast frumuyfirborðsviðtökum og örva boðferli.

Innanfrumuhormónaviðtakar

Lípíðafleidd, eða fituleysanleg, hormón á borð við sterahormón sveima í gegnum himnur innkirtlafrumunnar. Þegar þau eru komin út úr frumunni bindast þau flutningspróteinum sem halda þeim leysanlegum í blóðrásinni. Við markfrumuna losna hormónin frá burðarpróteininu og sveima í gegnum lípíðtvílag frumuhimnunnar. Sterahormónin fara í gegnum frumuhimnu markfrumu og bindast innanfrumuviðtökum í umfrymi eða kjarna. Frumuboðferlin sem sterahormónin koma af stað stýra tilteknum genum í DNA frumunnar. Hormón-viðtaka-flókið verkar sem umritunarstýrill með því að auka eða minnka myndun mRNA-sameinda frá tilteknum genum. Það ákvarðar aftur magn samsvarandi próteins sem er myndað með breytingum á genatjáningu. Þetta prótein má nota annaðhvort til að breyta byggingu frumunnar eða til að framleiða ensím sem hvata efnahvörf. Þannig stýrir sterahormónið tilteknum frumuferlum, eins og sýnt er á mynd 37.5.

Sjónræn tenging

Illustration shows a hormone crossing the cellular membrane and attaching to the N R slash H S P complex. The complex dissociates, releasing the heat shock protein and a N R slash hormone complex. The complex dimerizes, enters the nucleus, and attaches to an H R E element on D N A, triggering transcription of certain genes. — **Mynd 37.5.** Innanfrumukjarnaviðtaki (NR) er í umfrymi, bundinn við hitasjokksprótein (HSP). Þegar hormón binst viðtakanum losnar viðtakinn frá hitasjokkspróteininu og færist inn í kjarnann. Í kjarnanum binst hormón-viðtaka-flókið DNA-röð sem kallast hormónasvörunarstak (HRE), sem kemur af stað genaumritun og þýðingu. Samsvarandi próteinafurð getur síðan miðlað breytingum á starfsemi frumunnar.

Hitasjokksprótein (HSP) heita svo vegna þess að þau hjálpa til við að endurbrjóta ranglega brotin prótein. Sem svar við auknu hitastigi, eða „hitasjokki“, virkjast hitasjokksprótein þegar þau losna úr NR/HSP-flókinu. Á sama tíma er umritun HSP-gena virkjuð. Hvers vegna heldur þú að fruman svari hitasjokki með því að auka virkni próteina sem hjálpa til við að endurbrjóta ranglega brotin prótein?

Prótein afmyndast, eða eðlissviptast, við hærra hitastig.

Önnur fituleysanleg hormón sem eru ekki sterahormón, til dæmis D-vítamín og þýroxín, hafa viðtaka í kjarnanum. Þótt þýroxín sé að mestu vatnsfælið er flutningur þess yfir himnuna háður flutningspróteini. D-vítamín sveimar bæði yfir frumuhimnuna og kjarnahjúpinn. Þegar hormónin eru komin inn í frumuna bindast þau bæði viðtökum í kjarnanum. Hormón-viðtaka-flókið örvar umritun tiltekinna gena.

Hormónaviðtakar á frumuhimnu

Amínósýruafleidd hormón, að þýroxíni undanskildu, og fjölpeptíðhormón eru ekki lípíðafleidd eða fituleysanleg og geta því ekki sveimað í gegnum frumuhimnu frumna. Vatnsleysanleg hormón bindast viðtökum á ytra yfirborði frumuhimnunnar, það er hormónaviðtökum á frumuhimnu. Ólíkt sterahormónum hafa vatnsleysanleg hormón ekki bein áhrif á markfrumuna, því þau komast ekki inn í frumuna og geta ekki verkað beint á DNA. Binding þessara hormóna við frumuyfirborðsviðtaka virkjar boðferli; það kemur af stað innanfrumuvirkni og framkallar sértæk áhrif hormónsins. Þannig fer ekkert í gegnum frumuhimnuna: hormónið sem binst á yfirborðinu helst á yfirborði frumunnar en innanfrumuafurðin helst inni í frumunni. Hormónið sem kemur boðferlinu af stað kallast fyrsta stigs boðberi og virkjar annars stigs boðbera í umfryminu, eins og sýnt er á mynd 37.6.

Illustration shows epinephrine bound to the extracellular surface of a beta-adrenergic receptor. A G-protein associated with the intracellular surface of the receptor is activated when the G D P associated with it is replaced with G T P. The G protein activates the enzyme adenylyl cyclase, which converts A T P to lower case c upper case A M P, triggering a cellular response. — **Mynd 37.6.** Amínósýruafleiddu hormónin adrenalín og noradrenalín bindast β-adrenvirkum viðtökum á frumuhimnu frumna. Binding hormóns við viðtaka virkjar G-prótein, sem virkjar síðan adenýlýlsýklasa og breytir ATP í cAMP. cAMP er annars stigs boðberi sem miðlar frumusértækri svörun. Ensím sem kallast fosfódíesterasi brýtur niður cAMP og stöðvar boðið.

Einn mjög mikilvægur annars stigs boðberi er hringtengt AMP (cAMP). Þegar hormón binst himnuviðtaka sínum virkjast G-prótein sem tengist viðtakanum; G-prótein eru prótein í frumuhimnunni sem eru aðskilin frá viðtökunum. Þegar hormón er ekki bundið viðtakanum er G-próteinið óvirkt og bundið gúanósíndífosfati, eða GDP. Þegar hormón binst viðtakanum virkjast G-próteinið með því að binda gúanósínþrífosfat, eða GTP, í stað GDP. Eftir bindingu vatnsrýfur G-próteinið GTP í GDP og verður óvirkt.

Virkjaða G-próteinið virkjar síðan himnubundið ensím sem kallast adenýlýlsýklasi. Adenýlýlsýklasi hvatar umbreytingu ATP í cAMP. cAMP virkjar aftur hóp próteina sem kallast próteinkínasar og flytja fosfathóp frá ATP yfir á hvarfefnissameind í ferli sem kallast fosfórun. Fosfórun hvarfefnissameindar breytir þrívíðri lögun hennar og virkjar hana þannig. Þessar virkjuðu sameindir geta síðan miðlað breytingum á frumuferlum.

Áhrif hormóns magnast eftir því sem boðferlið heldur áfram. Binding eins hormóns við einn viðtaka veldur virkjun margra G-próteina, sem virkja adenýlýlsýklasa. Hver adenýlýlsýklasasameind kveikir síðan myndun margra cAMP-sameinda. Frekari mögnun verður þegar próteinkínasar, eftir að þeir hafa virkjast af cAMP, geta hvatað mörg hvörf. Þannig getur lítið magn hormóns komið af stað myndun mikils magns frumuafurða. Til að stöðva hormónavirkni er cAMP gert óvirkt af umfrymisensíminu fosfódíesterasa, eða PDE. PDE er alltaf til staðar í frumunni og brýtur niður cAMP til að stýra hormónavirkni og koma í veg fyrir ofmyndun frumuafurða.

Sértæk svörun frumu við vatnsleysanlegu hormóni ræðst af gerð viðtaka sem eru til staðar á frumuhimnunni og af hvarfefnissameindum í umfrymi frumunnar. Frumusvörun við bindingu hormóns við viðtaka getur meðal annars falist í breytingum á gegndræpi himna og efnaskiptaferlum, örvun nýmyndunar próteina og ensíma og virkjun hormónalosunar.