Zobrazení
Obsah |
Regulace biochemických dějů
Pro každý živý systém, ve kterém dochází k výměně energie a hmoty s prostředím, je nutné udržování stálého vnitřního prostředí, neboli homeostáza. K tomuto účelu jsou v organismu vyvinuty jisté regulační systémy.
K regulaci může docházet buď pomocí enzymů, pak mluvíme o intracelulární regulaci. Ta je založena na ovlivňování aktivity enzymů pomocí aktivátorů, inhibitorů a regulace syntézy enzymů a následném ovlivnění samotných reakcí enzymatickým působením. Mezi substráty, produkty a enzymy existuje zpětná vazba, některé produkty mohou být inhibitorem některého enzymu, některé substráty aktivují některé enzymy atd.
Druhou možností je neurohumorální regulace, kterou označujeme jako extracelulární. Ta je založena na komunikaci mezi buňkami. Ta může mít chemický charakter a pak hovoříme o hormonech, respektive humorální regulaci, a nebo se komunikace uskutečňuje elektrochemickou cestou a označujeme ji jako nervovou. U mnohobuněčných organismů enzymová regulace úplně nestačí, musí docházet i k ostatním regulacím. Zároveň musí docházet i ke komunikaci a spolupráci mezi buňkami a tkáněmi.
K mezibuněčné komunikaci může docházet dvěma způsoby. Ten první je neuronová signalizace. Ta je poměrně rychlá a je schopna šířit informaci rychlé a na velkou vzdálenost.Druhý způson je založen na tom, že signalizující buňka vyšle extracelulární molekulu a to ve formě proteinu, peptidu, aminokyseliny, nukleotidu, steroidu či mastné kyseliny. Teď je nutné rozlišit dva typy rozšíření této signální molekuly. Jednou možností je vyslání signální molekuly, tedy hormonu, do krevního oběhu, nebo mízy rostlin. Jedná se o endokrinní signalizaci.Hormony produkují endokrinní buňky v endokrinních žlázách, tedy ve žlázách s vnitřní sekrecí. Druhou možností je uvolnění signálních molekul, které mohou být lokální mediátory, tkáňové hormony, parakrinní hormony atd. Ty difundují lokálně do sousedních buněk. Tomuto říkáme parakrinní signalizace.
Hormony
Hormony jsou látky s výraznými regulačními účinky, jejich funkce je řídící, indukující a mají schopnost potlačovat enzymy. K cílovým orgánům se hormony šíří krví a tkáňovým mokem, popřípadě mízou. Buňka musí mít receptor na příjem hormonu, každý hormon tedy působí jen na určité orgány a tkáně. Jeden signál ale může spustit více reakcí, různé buňky odpovídají různě, na buňku působí více hormonů. U člověka se jako hormony projevují asi 60 sloučenin.
Různé hormony se krví šíří různě. Lipofilní hormony, například ty steroidní, se naváží na transportní bílkovinu a ta je dopraví až na potřebné místo. Poté projdou přes buněčnou membránu a v intracelulárním prostoru se na ně naváže cytoplasmový receptor, který jej dopraví do jádra. Tam dojde k jeho přijmutí, dochází k transkripci a následné proteosyntéze, čímž se vytvoří indukovaný protein, který pak způsobí buněčnou odpověď na ovlivnění hormonem.
Hydrofilní hormony se krví přenáší bez pomocí transportních bílkovin. Na buněčné membráně se naváží na specifický receptor. Receptor má na sobě molekulu G proteinu (obdoba GTP), tedy enzymu, který vytváří druhé posly. Jedním z druhých poslů je například cAMP – cyklický Adenosinmonofosfát, což je nukleotid s adeninem a pentózou (ribózou) na něm přes kyslíky navázaný fosfát. Vznik cAMP je umožněn enzymem adenylátcyklázou. Je to obdoba ATP. Tato molekula dopadá v buněčném jádře na enzym, který je schopen spustit replikaci nebo transkripci DNA, následkem čehož opět dochází ke vzniku indukovaného proteinu, který je schopen způsobit buněčnou odpověď. cAMP pak doputuje k proteinkynázám enzymům, kteří fosforizují (jsou schopné vázat fosfáty) a dochází k jeho zániku, přijde o svůj poslední fosfát.
Neurohumorální regulace
Systém hormonální regulace je spojen s nervovým systémem. V adenohypofýze, tedy předním laloku hypofýzy a na hypotalamu dochází k regulaci endokrinních žláz. Tímto způsobem i kontrolují jejich činnost. Hypotalamus pod vlivem vyšších mozkových center produkuje hypothalamické faktory, které můžeme podle funkce rozdělit na stimulační, které zajišťují liberiny a inhibiční, jež jsou zajišťovány statiny. Tyto jdou krví do adenohypofýzy, kde ovlivňují vylučování tropních hormonů, zvaných tropinů. Ty ovlivňují žlázy s vnitřní sekrecí. Celému souboru reakcí a center, které ovlivňují jednotlivé žlázy se říká hypothalamo-hypofyzární řídící systém. Hormonální regulace je relativně pomalá, trvá sekundy až dny, zatímco nervová regulace je dosti rychlá, pohybuje se v milisekundách.
Rozdělení hormonů
Podle jejich chemické struktury je můžeme rozdělit na steroidní, aminokyselinové a peptidové či proteinové hormony. Peptidové jsou složeny z peptidů, tedy bílkovin. Takové hormony produkuje například hypofýza, slinivka břišní, přištítná tělíska a nebo sem patří tkáňové hormony. Jejich společnou vlastností je jejich hydrofilnost.
Aminokyselinové hormony jsou deriváty tyrosinu i jiných aminokyselin. Takové hormony vylučuje například dřeň nadledvin nebo štítná žláza. I tyto hormony jsou hydrofilní.
Steroidní hormony jsou naopak lipofilní. Obsahují ve své struktuře steranový cyklus. Tyto hormony jsou produkovány kůrou nadledvin a pohlavními žlázami.
Další typy hormonů se vyskytují například u hmyzu. Ty mají specifické hormony, zvané feromony. Mají stejnou funkci jako naše hormony. Příkladem je svlékací hormony ekdyson nebo jeho antagonista neotenin.
Existují i takové hormony, které nemůžeme přesně zařadit do těchto tří načrtnutých tříd. Jsou to především lokální mediátory, parakrinní hormony a tkáňové hormony jako histamin, serotonin, oxid dusný, epidermální růstový faktor, sekretin nebo erythropoetin.
Produkce hormonů
V lidském těle je řada žláz, produkujících hormony, zde jsou ty nejdůležitější z nich. V mozku je umístěn nadvěšek mozkový, známější jako epifýza, dále podvěsek mozkový, tedy hypofýza. V krku je ukryta štítná žláza, neboli glandula thyreoidea s přilehlými příštítnými tělísky, zvanými glandulae parathyreoideae. U srdce je položen v dospělosti již atrofovaný orgán zvaný brzlík neboli thymus. Dalším důležitým orgánem jsou nadledviny, tedy glandulae suprarenales a neméně důležitá je slinivka břišní, tedy pankreas a to především její specifické buňky zvané Langerhansovy ostrůvky. Poslední ale neméně důležitou žlázou jsou gonády tedy vaječníky, varlata, tedy ovaria a testis.
1) nadvěsek mozkový (epifýza)
2) podvěsek mozkový (hypofýza)
3) štítná žláza (glandula thyreoidea) a příštítná tělíska (glandulae parathyreoideae)
4) brzlík (thymus)
5) nadledviny (glandulae suprarenales)
6) slinivka břišní (Langerhansovy ostrůvky)
7,8) gonády – vaječníky, varlata
Steroidní hormony
Jak již bylo řečeno, steroidní hormony jsou produkovány buď kůrou nadledvin a nebo gonádami. Typickými hormony produkovanými nadledvinami jsou Kortikoidy. Ty se dále dělí na glukokortikoidy a mineralokortikoidy. Glukokortikoidy regulují katabolické děje, především rozklad glykogenu, bílkovin a tuků, a také regulují využití energie. Byly mu prokázány protizánětlivé účinky. Do skupiny kortikoidů patří například kortison, což je katabolický hormon, jehož produkce roste při zátěži a hladovění, tedy v momentech, kdy je třeba čerpat energii z uložených energetických zásob.
Mineralokortikoidy mají na starosti hospodaření s vodou a minerály. Jejich hlavní funkcí je zpětná resorpce Na+ v ledvinách, konkrétně ke zpětné resorpci dochází v distálním tubulu nefronu. Po zpětné resorpci, ovlivněné mineralokortikoidy vzniká již sekundární moč. Příkladem takového hormony je aldosteron.
Druhou žlázou, která produkuje steroidní hormony jsou gonády, tedy varlata a vaječníky. Pohlavní hormony fungují přímo v jádře, jsou schopni prostupovat membránami a uvnitř buňky aktivovat enzym, který mají. K nejvýznamnějším hormonům patří testosteron, který se podílí na funkci pohlavních orgánů, konkrétněji na vzniku sekundárních pohlavních znaků, tvorbě spermií, ale i na syntéze bílkovin. Testosteron je ve větším množství přítomen u mužů, ale i ženy jej produkují.
Existují i hormony, které jsou ve větším množství zastoupeny v ženském těle, ale muži je mají taky. Mezi ně patří Estrogeny, které ovlivňují průběh menstruace, vývoj pohlavních orgánů, a řídí distribuci podkožního tuku a růst, tedy proliferaci děložní sliznice. Konkrétně jsou estrogeny produkovány Graafovým folikulem. Asi nejznámějším estrogenem je estradiol. Druhým typem „ženských“ pohlavních hormonů jsou Gestageny. Ty jsou produkovány v těhotenství, a to vaječníky, konkrétně corpem luteem, tedy žlutým tělískem a placentou. Řídí průběh těhotenství a sekreční fázi menstruace. Příkladem je progesteron.
progesteron |
estradiol |
testosteron |
Aminokyselinové hormony
Aminokyselinové hormony jsou produkovány především dřeň, tedy medula nadledvin a štítná žláza. Nejznámějšími hormony štítné žlázy je Thyroxin, nebo jinak tetrajodthyronin a Trijodtyronin. Od sebe se liší tím, že trijodtyroninu chybí v poloze 5´ jod. Struktura obou dvou je odvozena o aminokyseliny tyrosinu. Jejich biosyntéza vychází z tyreoglobulinu. Tyto hormony regulují růst a vývoj mladého organismu, jeho nedostatkem dochází ke chorobě zvané kretenismus. Zároveň povzbuzuje látkovou přeměnu živin, podporuje tvorbu oxidoreduktas a zvyšuje bazální metabolismus.
Medula nadledvin produkuje více hormonů. Mezi ně patří noradrenalin, od thyrosinu odvozené katecholaminy nebo Adrenalin. Ten podporuje odbourávání glykogenu v játrech a svalech, zvyšuje hladinu glukosy v krvi a zvyšuje krevní tlak. K jeho vyplavování dochází při námaze a vzrušení.
Společně s noradrenaliem připravuje tělo na stres. Funkce noradrenalinu je podobná adrenalinu. Dalšími hormony, odvozenými od aminokyselin jsou melatonin, produkovaný epifýzou a serotonin, který se řadí mezi tkáňové hormony a místo jeho produkce je proto ve tkáních. Serotonin se uvolňuje při zánětech, vzniká při rozpadu krevních destiček. Melatonin je produkován hlavně v noci. Stará se o kontrakci pigmentových buněk, reguluje a způsobuje pocit únavy a řídí denní rytmy. Na řízení denních rytmů se společně s ním podílí i serotonin. Jeho produkce je častější naopak ve dne. Mimo to způsobuje vznik nálad.
Proteinové a peptidové
Proteinové hormony produkuje například neurohypofýza, tedy zadní lalok podvěsku mozkového. Jeho ovlivňování tropiny je řízeno přímo z hypothalamu. Neurohypofýza produkuje například oxytocin, který je složen z 9 aminokyselin. Podílí se na kontrakcích hladkého svalstva dělohy při porodu a koitu, a řídí činnost mléčných žláz. Dalším hormonem neurohypofýzy je Antidiuretický hormon, neboli vasopresin, který je také složen z 9 aminokyselin. Ten zajišťuje zpětnou resorpce vody z moči a zároveň zvyšuje krevní tlak. Jeho vyplavování podporuje horko, naopak jeho útlum podporuje alkohol a chlad.
Hormony proteinové povahy produkuje i adenohypofýza. Jí produkované hormony pak ovlivňují a řídí tvorbu a exkreci ostatních žláz. Těmto hormonům se říká tropní hormony, neboli tropiny. Příkladem je kortikotropin, neboli ACTH, který je tvořen 39 aminokyselin a stimuluje vylučování kortikooidních hormonů, gonadotropiny, které mohou být tvořeny 90 až 120 aminokyselin a ovlivňují gonády, resp. jejich sekreci. Jsou to například FSH, LH, tedy folikulostimulační a luteinizační hormon. Dalším tropinem je thyreotropin, který ovlivňuje štítnou žlázu. Somatotropin, složený ze 191 aminokyselin, který se podílí na tvorbě bílkovin a stimuluje růstové chrupavky. Proto bývá také označován jako růstový hormon. Dalšími hormony adenohypofýzy je prolaktin, který řídí produkci mléka a endorfiny a enkefaliny, což jsou opioidní peptidy, které tlumí bolest a způsobují emoce.
Významným tropinem je také choriogonadotropin. Imunochemické stanovení koncentrace hCG v krvi nebo moči se uplatňuje především v diagnostice těhotenství a sledování jeho průběhu. Již několik dní po oplodnění dochází ke zvýšení koncentrace hCG v krvi matky natolik, že toto zvýšení lze stanovit. HCG je nezbytný pro udržení žlutého tělíska v prvních 4 až 6 týdnech těhotenství a tedy i pro úspěšný průběh těhotenství. Abnormálně nízké hodnoty koncentrace hCG signalizují zvýšenou pravděpodobnost spontánního potratu . Naopak zvýšené hodnoty koncentrace hCG signalizují vícečetné těhotenství.
Proteinové hormony produkuje i štítná žláza. Příkladem nechť je kalcitonin, který je složený z 32 aminokyselin. Jeho funkce je snižování hladinu vápníku v krvi a podpora jeho ukládání v kostech. Jeho význam je proto obrovský hlavně v období růstu a v těhotenství.
Příštítná tělíska, nacházející se poblíž štítné žlázy produkují hormon parathormon, který je složen z 84 aminokyselin. Působí vyplavování Ca a P z kostí,čímž zvyšuje hladinu Ca a P v krvi.
Další žlázou, která produkuje proteinové hormony je pankreas. To je žláza jak s vnitřní sekrecí, o kterou se starají Langerhauserovy ostrůvky, tak s vnější sekrecí. Produkuje totiž trávicí enzymy. Produkuje dva významné antagonistické hormony.
Prvním je inzulín, tvořený 51 (21+30) aminokyselin. Funguje jako regulátor metabolismu sacharidů a bílkovin, a to tím, že podporuje vstřebávání glukosy do buněk a oxidaci glukosy. Při jeho nedostatek nastává onemocnění diabetes melitus, tedy cukrovka, která se projevuje vysokou koncentrací cukru v krvi. Inzulín je produkován β buňkami na Langershauserových ostrůvcích.
Druhým hormonem je glukagon, složený z 29 aminokyselin. Ten je, jak již bylo řečeno, antagonista inzulínu a má tedy opačné účinky. Podporuje rozklad glykogenu v játrech a ve svalech, čímž zvyšuje množství v krvi. Glukagon je produkován α buňkami na Langershauserových ostrůvcích.