Biochimie hormonală

Parathormona glandei paratiroide

Glandele paratiroide, care se găsesc doar la vertebrele terestre (amfibieni, păsări, reptile și mamifere), se dezvoltă din anumite pungi faringiene, care sunt resturi embrionare ale fântânilor de branhie ale peștilor. Glandele paratiroide secretă un hormon numit parathormone (PTH), care este un polipeptid cu compoziție variabilă de aminoacizi. PTH, care constă din 83 până la 85 de aminoacizi la om, reglează metabolismul calciului împreună cu calcitonina; evoluția sa în vertebrele terestre ar fi putut fi o adaptare la cererea crescută de ajustări scheletice continue impuse de evoluția locomoției terestre. Reglajele scheletice trebuie făcute fără a perturba echilibrul delicat de calciu al restului corpului, deoarece calciul este implicat în menținerea transportului substanțelor prin membranele celulare; prin urmare, are un rol important în contractilitatea musculară, excitabilitatea plăcilor de capăt motor în sistemul nervos și coagularea sângelui.

Eliminarea glandelor paratiroide la mamifere determină o scădere a nivelului de calciu în plasma sanguină, care, dacă este suficient de severă, este însoțită de convulsii și alte simptome rezultate din excitabilitatea crescută a nervilor motorii. Aceste simptome pot fi corectate prin injectarea preparatelor adecvate ale glandelor paratiroide. Activitatea glandelor, precum cea a țesutului ultimobranchial, este reglată de feedback negativ; adică, scăderea nivelului de calciu în plasmă crește producția de parathormone (dar scade producția de calcitonină). Efectul hipercalcemic (adică creșterea nivelului de calciu din sânge) al hormonului depinde în mare măsură de acțiunea sa asupra oaselor, deoarece promovează transferul de calciu din acest țesut în plasmă, probabil printr-o acțiune directă asupra celulelor active formatoare de os (osteocite). În plus, totuși, parathormona promovează formarea de țesut osos nou și, de asemenea, își mărește activitatea metabolică și cifra de afaceri a materialului său structural. Alte efecte ale parathormonei, cel puțin parțial, contribuie la creșterea calciului plasmatic; adică PTH crește atât absorbția calciului de către intestin, cât și resorbția acestuia de către tubul renal. Întrucât, cu toate acestea, hipercalcemia indusă de hormon duce la trecerea mai mult de acesta în tubul renal, rezultatul net poate fi o excreție crescută de calciu, în ciuda resorbției crescute. Alte acțiuni ale hormonului, mai puțin ușor de raportat la influența sa bine definită asupra metabolismului calciului, includ o influență regulatorie asupra nivelului de magneziu din plasma sanguină și a vitezei de eliminare a fosfatului din urină.

Prin urmare, în general, acțiunea parathormonei este opusă în direcție cu cea a calcitoninei. Parathormona menține nivelul calciului din sânge până la valoarea normală; pe de altă parte, calcitonina asigură, prin acțiunea sa hipocalcemică, că nivelul nu crește cu mult peste acest punct critic. Acțiunile combinate ale celor doi hormoni servesc la ilustrarea importanței reglării endocrine în homeostază. Vitamina D este un al treilea factor în reglarea calciului; absența sa la copii mici duce la malformații scheletice (rahitism). Parathormona nu este în măsură să regleze absorbția și mobilizarea calciului în absența vitaminei D, care este asociată și cu hormonul în promovarea mobilizării magneziului din os și poate în mișcarea fosfatului în interiorul tubului renal.

Hormonii pancreasului

Insulină

Pancreasul vertebrat conține, pe lângă celulele zimogene care secretă enzime digestive, grupuri de celule endocrine numite insulele Langerhans. Unele dintre aceste celule (celulele B, sau beta) secretă hormonul insulină, a cărei producție inadecvată este responsabilă pentru afecțiunea numită diabet zaharat. Insulina și celulele B caracteristice sunt prezente în gnathostomi și în agnathans; în acestea din urmă, însă, celulele insulare nu sunt asociate cu celulele zimogene pentru a forma un pancreas tipic. Insulina este, așa cum am menționat mai devreme, o moleculă polipeptidică compusă din două lanțuri de aminoacizi, o lanț A de 21 aminoacizi care conține o legătură disulfură intrachainică („S” S ”) și o lanț B de 30 de aminoacizi. Cele două lanțuri sunt legate prin alte două legături disulfură, a căror distrugere distruge activitatea moleculei. Se crede că molecula apare mai întâi în celula B ca fiind compusul cu o singură catenă proinsulina, care este perturbată de o reacție catalizată de enzimă pentru a forma cele două lanțuri ale hormonului activ. La fel ca și în cazul altor hormoni polipeptidici, o variație extinsă în compoziția aminoacizilor moleculei apare la diferite specii, diferențele tindând să fie mai mari între speciile mai larg separate - de exemplu, între pește și mamifer. Variațiile compoziției aminoacizilor au un efect redus asupra activității biologice a moleculelor, dar cu siguranță influențează reacțiile imunologice ale acestora; acest lucru sugerează că cele două proprietăți depind de secvențele de aminoacizi din diferite părți ale moleculei.

Injecția insulinei scade nivelul zahărului din sânge (glucoză), dar acest așa-numit efect hipoglicemic este doar o expresie a influenței largi a insulinei asupra stocării și mobilizării energiei, în care țesuturile țintă de importanță primară sunt mușchiul, adiposul (grăsime) țesut și ficat. Acțiunile insulinei asupra acestor țesuturi sunt variate. În primul rând, promovează utilizarea glucozei de zahăr ca sursă de energie; în același timp, încurajează depozitarea excesului de carbohidrați ca glicogen, carbohidratul de depozitare a animalelor. În al doilea rând, insulina reduce consumul de grăsime ca sursă de energie și favorizează stocarea acesteia. În al treilea rând, reduce utilizarea proteinei ca sursă de energie și promovează formarea proteinelor din aminoacizi.

Insulina acționează probabil asupra metabolismului carbohidraților din mușchi prin creșterea capacității de trecere a glucozei prin membranele celulelor musculare. Acest efect depinde de o interacțiune specifică între membrana celulară și hormon; deși același efect are loc în țesutul adipos (grăsime), acesta nu apare nici în ficat, nici în sistemul nervos central, în ciuda dependenței complete a acesteia din urmă de glucoză pentru alimentarea sa de energie. După intrarea glucozei într-o celulă musculară, la moleculă se adaugă fosfat și doi compuși se formează succesiv, mai întâi glucoza-6-fosfat, apoi glucoza-1-fosfatul; după aceste reacții, metabolismul glucozei este probabil ajutat de două acțiuni secundare ale insulinei. Hormonul stimulează sinteza unei enzime (glicogen sintaza), promovând astfel transformarea glucozei-1-fosfatului în glicogen; ajută, de asemenea, la descompunerea glucozei, oferind astfel energie celulei. Toate aceste efecte contribuie la acțiunea hipoglicemică (reducerea glicemiei) a hormonului. Insulina are alte efecte asupra celulelor musculare: încetinește descompunerea grăsimilor și crește formarea proteinelor din aminoacizi. Insulina afectează metabolismul carbohidraților și proteinelor în țesutul adipos la fel de mult ca și în mușchi și promovează, de asemenea, stocarea grăsimilor.

Acțiunea insulinei în ficat diferă de cea din mușchi, prin faptul că nu are nicio influență directă asupra transportului de glucoză în celulele hepatice; probabil, totuși, insulina promovează metabolismul glucozei din celulele ficatului în același mod în care o face și la nivelul mușchilor, rezultând o absorbție crescută de glucoză din fluxul sanguin. În plus, insulina scade gluconeogeneza (formarea glucozei în ficat din aminoacizi și alte surse noncarbohidrate). Aceste efecte variate determină o scădere a nivelului glicemiei. Alte acțiuni ale hormonului asupra ficatului includ, la fel ca în țesutul adipos, creșterea depunerii de grăsime și sinteza proteinelor.

Efectele diverse ale insulinei sunt aparent legate de reglarea stocării și eliberarea de energie, dar este dificil de apreciat dacă toate efectele rezultă sau nu dintr-un singur mod de acțiune al hormonului. Interacțiunea insulinei cu membrana mușchi-celule sugerează că toate efectele acesteia ar putea fi produse prin interacțiuni similare între aceasta și membranele din celule. Mecanismul, însă, nu a fost încă stabilit cu certitudine.

Celulele B ale insulelor Langerhans răspund direct prin feedback negativ la nivelul de glucoză din sângele care le ajunge; adică, o creștere a glicemiei peste nivelul normal (80 până la 100 miligrame la 100 mililitri la om) aduce o sinteză crescută și eliberarea insulinei cu rezultatul scăderii nivelului glicemiei. În consecință, rata producției de insulină scade apoi. Totuși, aceasta este doar o parte a mecanismului hormonal complex care reglează metabolismul carbohidraților. Un alt factor este hormonul glucagon, care este secretat în insulele Langerhans de către un al doilea tip de celule, celulele A (alfa sau A ₂).