Hormonálna biochémia

Parathormón prištítnej žľazy

Paratyroidné žľazy, ktoré sa vyskytujú iba u suchozemských stavovcov (obojživelníky, vtáky, plazy a cicavce), sa vyvíjajú z určitých hltancových vakov, ktoré sú embryonálnymi zvyškami žiabrových štrbín rýb. Paratyroidné žľazy vylučujú hormón nazývaný parathormón (PTH), čo je polypeptid s rôznym zložením aminokyselín. PTH, ktorý pozostáva z 83 až 85 aminokyselín u človeka, reguluje metabolizmus vápnika v spojení s kalcitonínom; jej vývoj na suchozemských stavovcoch mohol byť adaptáciou na zvýšený dopyt po neustálych úpravách kostry vyvolaných vývojom pozemskej pohybovej aktivity. Úprava kostry sa musí vykonať bez narušenia krehkej rovnováhy vápnika vo zvyšku tela, pretože vápnik sa podieľa na udržiavaní transportu látok cez bunkové membrány; má preto dôležitú úlohu pri sťahovaní svalov, excitabilite koncových doštičiek motora v nervovej sústave a pri zrážaní krvi.

Odstránenie prištítnych teliesok u cicavcov spôsobuje pokles hladiny vápnika v krvnej plazme, ktorý, ak je dostatočne závažný, je sprevádzaný kŕčmi a inými príznakmi, ktoré sú výsledkom zvýšenej excitability motorických nervov. Tieto príznaky môžu byť napravené injekciou vhodných prípravkov prištítnych teliesok. Aktivita žliaz, podobne ako ultimobranchiálneho tkaniva, je regulovaná negatívnou spätnou väzbou; tj zníženie hladiny vápnika v plazme zvyšuje produkciu parathormónu (ale znižuje produkciu kalcitonínu). Hyperkalcememický účinok (tj zvýšenie hladiny vápnika v krvi) hormónu do značnej miery závisí od jeho účinku na kosť, pretože podporuje prenos vápnika z tohto tkaniva do plazmy, pravdepodobne priamym pôsobením na aktívne bunky tvoriace kosti. (osteocyty). Parathormón však okrem toho podporuje tvorbu nového kostného tkaniva, a teda tiež zvyšuje jeho metabolickú aktivitu a obrat jeho štruktúrneho materiálu. Ďalšie účinky parathormónu, aspoň čiastočne, prispievajú k zvýšeniu plazmatického vápnika; tj PTH zvyšuje tak absorpciu vápnika v čreve, ako aj jeho vstrebávanie obličkovým kanálikom. Pretože však hyperkalcémia vyvolaná hormónom vedie k tomu, že sa viac dostáva do obličkových tubulov, môže byť výsledkom zvýšenej exkrécie vápnika aj napriek zvýšenej resorpcii čistý výsledok. Medzi ďalšie účinky hormónu, ktoré sa menej ľahko týkajú jeho dobre definovaného vplyvu na metabolizmus vápnika, patrí regulačný vplyv na hladinu horčíka v krvnej plazme a na rýchlosť odstraňovania fosfátu z moču.

Vo všeobecnosti je preto pôsobenie parathormónu opačné v smere ako pôsobenie kalcitonínu. Parathormón udržuje hladinu vápnika v krvi až do normálnej hodnoty; na druhej strane kalcitonín svojim hypokalcemickým účinkom zabezpečuje, aby hladina neklesla vysoko nad tento kritický bod. Kombinované pôsobenie týchto dvoch hormónov slúži na ilustráciu dôležitosti endokrinnej regulácie pri homeostáze. Vitamín D je tretí faktor v regulácii vápnika; jeho neprítomnosť u malých detí má za následok kostrové malformácie (krivice). Parathormón nie je schopný regulovať absorpciu a mobilizáciu vápnika v neprítomnosti vitamínu D, ktorý je tiež spojený s hormónom pri podpore mobilizácie horčíka z kostí a možno aj pri pohybe fosfátu v tubule obličiek.

Hormóny pankreasu

inzulín

Pankreas stavovcov obsahuje, okrem zymogénnych buniek, ktoré vylučujú tráviace enzýmy, skupiny endokrinných buniek nazývané Langerhansove ostrovčeky. Niektoré z týchto buniek (bunky B alebo beta) vylučujú hormón inzulín, ktorého nedostatočná produkcia je zodpovedná za stav nazývaný diabetes mellitus. Inzulín a charakteristické B bunky sú prítomné v gnathostómoch a agátoch; v poslednom uvedenom prípade však nie sú ostrovčekové bunky spojené s bunkami zymogénu, aby vytvorili typický pankreas. Inzulín je, ako bolo uvedené vyššie, polypeptidová molekula zložená z dvoch reťazcov aminokyselín, reťazca A 21 aminokyselín obsahujúcich vnútroreťazcové disulfidové spojenie (SS = S3) a reťazca B s 30 aminokyselinami. Dva reťazce sú spojené dvoma ďalšími disulfidovými väzbami, ktorých deštrukcia ničí aktivitu molekuly. Predpokladá sa, že molekula sa prvýkrát objaví v B bunke ako jedno-reťazcová zlúčenina proinzulínu, ktorá je prerušená enzymaticky katalyzovanou reakciou za vzniku dvoch reťazcov aktívneho hormónu. Podobne ako v prípade iných polypeptidových hormónov sa medzi rôznymi druhmi vyskytuje rozsiahla variácia v zložení aminokyselín, pričom rozdiely majú tendenciu byť väčšie medzi viac separovanými druhmi - napr. Medzi rybami a cicavcami. Zmeny v zložení aminokyselín majú malý vplyv na biologickú aktivitu molekúl, ale určite ovplyvňujú ich imunologické reakcie; To naznačuje, že tieto dve vlastnosti závisia od aminokyselinových sekvencií v rôznych častiach molekuly.

Injekcia inzulínu znižuje hladinu cukru v krvi (glukózy), ale tento tzv. Hypoglykemický účinok je iba jednou z výrazov širokého rozsahu pôsobenia inzulínu na ukladanie a mobilizáciu energie, pri ktorej sú cieľovými tkanivami primárneho významu svalové, tukové (tuku) tkaniva a pečene. Pôsobenie inzulínu na tieto tkanivá je rôzne. Po prvé, podporuje používanie glukózy cukru ako zdroja energie; súčasne podporuje ukladanie prebytočného uhľohydrátu ako glykogénu, ukladacieho uhľohydrátu zvierat. Po druhé, inzulín znižuje spotrebu tuku ako zdroja energie a podporuje jeho ukladanie. Po tretie, znižuje použitie proteínu ako zdroja energie a podporuje tvorbu proteínov z aminokyselín.

Inzulín pravdepodobne pôsobí na metabolizmus uhľohydrátov vo svaloch zvýšením schopnosti glukózy prejsť cez membrány svalových buniek. Tento účinok závisí od špecifickej interakcie medzi bunkovou membránou a hormónom; hoci rovnaký účinok sa vyskytuje v tukovom (tukovom) tkanive, nevyskytuje sa ani v pečeni, ani v centrálnom nervovom systéme, a to aj napriek jeho úplnej závislosti od glukózy v dodávke energie. Po vstupe glukózy do svalovej bunky sa do molekuly pridá fosfát a postupne sa vytvoria dve zlúčeniny, najskôr glukóza-6-fosfát, potom glukóza-1-fosfát; po týchto reakciách je metabolizmus glukózy pravdepodobne podporený dvoma sekundárnymi účinkami inzulínu. Hormón stimuluje syntézu enzýmu (glykogénsyntetázy), čím podporuje transformáciu glukóza-1-fosfátu na glykogén; tiež pomáha pri odbúravaní glukózy, čím dodáva bunke energiu. Všetky tieto účinky prispievajú k hypoglykemickému pôsobeniu hormónu na zníženie hladiny glukózy v krvi. Inzulín má ďalšie účinky na svalové bunky: spomaľuje odbúravanie tukov a zvyšuje tvorbu bielkovín z aminokyselín. Inzulín ovplyvňuje metabolizmus uhľohydrátov a proteínov v tukovom tkanive rovnako ako vo svaloch a tiež podporuje ukladanie tukov.

Pôsobenie inzulínu v pečeni sa líši od účinku vo svale tým, že nemá priamy vplyv na transport glukózy do pečeňových buniek; pravdepodobne však inzulín podporuje metabolizmus glukózy v pečeňových bunkách rovnakým spôsobom ako v svaloch, čo vedie k zvýšenému vychytávaniu glukózy z krvi. Inzulín navyše znižuje glukoneogenézu (tvorba glukózy v pečeni z aminokyselín a iných zdrojov uhľohydrátov). Tieto rôzne účinky spôsobujú zníženie hladiny glukózy v krvi. Medzi ďalšie účinky hormónu na pečeň patrí, rovnako ako v tukovom tkanive, zvýšenie ukladania tukov a syntéza proteínov.

Rôzne účinky inzulínu sú očividne spojené s reguláciou ukladania a uvoľňovania energie, ale je ťažké posúdiť, či sú všetky účinky výsledkom jediného spôsobu pôsobenia hormónu. Interakcia inzulínu s membránou svalových buniek naznačuje, že všetky jeho účinky by mohli byť vyvolané podobnými interakciami medzi ňou a membránami v bunkách. Tento mechanizmus však ešte nebol zavedený s istotou.

B-bunky Langerhansových ostrovčekov priamo reagujú negatívnou spätnou väzbou na hladinu glukózy v krvi, ktorá sa k nim dostane; tj zvýšenie hladiny glukózy v krvi nad normálnu hladinu (80 až 100 miligramov na 100 mililitrov u ľudí) spôsobuje zvýšenú syntézu a uvoľňovanie inzulínu, čo má za následok pokles hladiny glukózy v krvi. V dôsledku toho sa rýchlosť produkcie inzulínu potom znižuje. Toto je však iba časť komplexného hormonálneho mechanizmu, ktorý reguluje metabolizmus uhľohydrátov. Ďalším faktorom je hormón, glukagón, ktorý je vylučovaný v Langerhansových ostrovčekoch druhým typom buniek, A (alfa, alebo A ₂) bunky.