بیوشیـمی هــورمـون ها (انسولین)
هورمون
هورمون، یک ماده شیمیایی است که به وسیله یک سلول یا گروهی از سلول ها به داخل مایعات بدن ترشح می شود و یک اثر کنترل کننده فیزیولوژیکی بر روی سایر سلول های بدن اعمال می کند.
هورمونها موادی هستند که سلول های خاصی آنها را به درون خون ترشح می کند تا فعالیتهای سلول های دیگر بدن را تنظیم کند، سلول هایی که تحت تاثیر هورمون قرار می گیرند، سلول های هدف (target cells) نامیده می شوند.
هورمون ها پیک شیمیایی هستندو دستورهای مربوط به تغییر فعالیت ها را از مراکز تنظیم کننده، یعنی غدد درون ریز به سلول های هدف می رسانند ، مثلا هورمون ها قلب را وادار می کنند تا تعداد ضربان ها را افزایش دهد.
دستوری که هورمون ها به سلول های هدف می دهد، بستگی به نوع هورمون و هم بستگی به سلول هدف دارد مثلا ممکن است یک هورمون به سلول خاصی اثر کند وادارد تا پروتئینی ویژه را بسازد یا آنزیم خاصی را فعال نماید. همان هورمون ممکن است بر سلول دیگری اثر کند و سبب تغییر در نفوذپذیری غشای آن سلول شود یا سلول را به ترشح هورمون دیگری وادار کند. بعضی از هورمون ها می توانند سبب تحریک سلول های عصبی یا ماهیچه ای شوند.
شایان ذکر است هورمون های بر اساس محل تولید و تاثیر بر سلول های هدف به انواع مختلف تقسیم می شوند : هورمون های موضعی، هورمون های عمومی ، نوروهورمون و ..
هورمون موضعی
استیل کولین آزاد شده در انتهای اعصاب پاراسمپاتیک و اعصاب عضلات مخلط
سکرتین آزاد شده به وسیله جدار دوازدهه
کوله سیتوکنین آزاد شده توسط سلول های جداره روده کوچک
هورمون های عمومی
هورمون رشد و ….
قسمت اعظم هورمون های عمومی توسط غدد درون ریز ترشح شده و سپس توسط خون به سراسر بدن حمل می شوند. تعداد معدودی از هورمون ها مثل هورمون رشد بر روی تمام یا تقریبا تمام سلول های بدن اثر می گذارند.
غدد درون ریز
1)هیپوفیز
2) غدد فوق کلیوی
3) سلول های ترشحی جزایر لانگرهانس
4) غده تیروئید
5) غدد جنسی
6) غده پاراتیروئید
7) جفت
ساختمان شیمیایی هورمون ها
از نظر شیمیایی هورمون ها به سه نوع اساسی تقسیم می شوند:
هورمون های استروئیدی: این هورمون ها همگی دارای یک ساختمان شیمیایی مشابه کلسترول بوده و در اغلب موارد از خود کلسترول مشتق می شوند مثل کورتیزول و آلدسترون مترشحه از غدد فوق کلیوی و هورمون های جنسی مثل استروژن ، پروژسترون و تستوسترون.
مشتقات اسیدآمینه تیروزین شامل T3 ,T4 از تیروئید
پروتئین مثل انسولین، گلوکاگن، هورمون های هیپوفیزی و …
ذخیره و ترشح هورمون ها
1- به عنوان نمونه تمام هورمون های پروتئینی توسط رتیکولوم آندوپلاسمیک دانه دار (دارای ریبوزوم ها) ساخته و ترشح می شوند، البته باید دانست که پروتئین اولیه که توسط شبکه آندوپلاسمیک ساخته می شود تقریبا هیچگاه خود هورمون نهایی نیست بلکه بزرگتر از هورمون فعال بوده و یک پره پروهورمون (preprohormone) می باشد آنگاه این هورمون اولیه طی چندمرحله شکسته شده به دستگاه گلژی برده می شود و در آنجا باز قطعه ای دیگری از آن جدا شده و به هورمون نهایی تبدیل می شود ، سپس این ماده ها وزیکول های غشا دار بسته بندی می شود و به سمت سطح غشا حرکت کرده و در نهایت به روش رگزوسیتوز از سلول ترشحی خارج می شود.
2- دو گروه دیگر هورمون های مشتق شده از تیروزین (t3 ,t4) و هورمون های مغز، فوق کلیه همگی توسط عمل آنزیم ها در بخش سیتوپلاسمی سلول های غده ساخته می شوند در مورد اپی نفرین و نوراپی نفرین، این دو هورمون به داخل وزیکول های که از قبل تشکیل شدند جذب شده و تا زمان ترشح در آنها انبار می شوند، از طرف دیگر هورمون های متابولیک یعنی T3 , T4 به صورت اجزا یک مولکول پروتئینی موسوم به تیرو گلوبولین ساخته می شوندو آنگاه تیروگلوبولین ها در داخل فولیکول های بزرگ در غده تیروئید انبار می شود.
3- در مورد هورمونهای استروئیدی که توسط قشر فوق کلیوی ، تخمدان، بیضه ها ترشح می شوندمقدار ذخیره شده در سلول های غده ای معمولا بسیار اندک می باشد اما مقادیر زیادی از مولکول های پیشاهنگ کلسترول و انواع مختلف مواد واسطه ای بین کلسترول و هورمون های نهایی در سلول ها وجود دارنددر صورت بروز تحریک مناسب آنزیم های موجود در این سلول ها می توانند در ظرف چند دقیقه موجب تبدیلات شیمیایی شده و هورمون نهایی را تولید می کنند.
شروع ترشح هورمون ها به دنبال یک تحریک و مدت عمل هورمون ها
بعضی از هورمون ها بعد از آنکه غده تحریک شده در ظرف چند ثانیه ترشح می شوند و ممکن است در ظرف چندثانیه تا چند دقیقه دیگر اثر کامل خود را اعمال کنند عمل سایر هورمون ها برای برقراری کامل به کرات به ماه ها وقت نیاز دارد.
از طرف دیگر ، هورمون های تیروئید قبل از اینکه سرانجام ترشح شوند گاهی اوقات چندین ماه به شکل تیروگلوبین در فولیکول های تیروئید ذخیره می شوند، سپس بعد از ترشح شدن، چندین ساعت تا چندین روز وقت لازم است تا حتی عمل آن شروع شود، اما اثر بر روی آنها تشدید متابولیسم می تواند برای مدت درازی از چهار تا شش هفته ادامه یابد.
غلظت هورمون ها در گردش خون
مقدار هورمون موردنیاز برای کنترل قسمت اعظم متابولیک و آندو کربن بسیار اندک است غلظت هورمون ها در خون در محدوده حدا قل یک پیلوگرم در هر میلی لیتر خون تا حداکثر چند میکرو گرم درهر میلی لیتر خون است
رسپتورهای هورمونی و فعال شدن آنها
تمام هورمونها برای به انجام رساندن نقش بیولوژی خود ابتدا با یک پروتئین پذیرنده خاص که درسطح خارجی غشای سلول یا در داخل سلول واقع اند پیوند می باشند ، هر پروتئین پذیرنده در ساختمان خود دارای دو جایگاه فعال می باشد، یکی در جایگاه فعال گیرنده که عمل شناسایی و برقراری پیوند با هورمون است ، دیگری در جایگاه فرستنده پیام بیولوژی ،پیام بیولوژی ،پیامهای که در نهایت با تغیرات فعالیت یک و یا چند انزیم خاص موجب تنظیم اعمال داخلی سلولی میگردند،پروتئین های پذیرنده هورمونها پیپتیدی، پروتئین و گلیکو پروتینی در غشاهای سلولی و پذیرندهای هورمونهای استروئیدی و تیروئیدی به ترتیب در سیتوپلاسم ویا هسته سلول هدف قرار گرفته اند
انواع رسپتورها بر اساس محل قرار گرفتن
رسپتورهای غشایی مختص هورمون های پروتئینی
رسپتورهای سیتوپلاسمی مختص هورمون های استروئیدی
رسپتورهای هسته ای مختص هورمون تیروئید
مطالعه بیوشیمی هورمون انسولین
انسولین هورمونی است که از سلول های بتای جزایر لانگرهانس ترشح می شود، ساختمان آن از دو زنجیره پلی پتیدیA و B ساخته شده که به وسیله پیوندهای دی سولوفور به یکدیگر متصل می شوند. نقش این هورمون در تنظیم قند خون شناخته شده است، ژن انسولین در روی بازوی کوتاه کروموزوم شماره 11 قرار گرفته است.
دید کلی
متابولیسم کربوهیدارت، لیپید ها و پروتئین ها تحت کنترل و تنظیم دقیق بوده که این اعمال به وسیله هورمون های ترشحه از لوزالمعده صورت می گیردند ، لوز المعده از دو غده مترشحه کاملا متمایز تشکیل یافته است یکی غده برون ریز و دیگری غده درون ریز که از جزایر لانگرهانس تشکیل یافته است.
ساختمان شیمیایی انسولین
انسولین پلی پپتیدی است که از دو زنجیره پپتیدی A و B تشکیل یافته است. تعداد اسیدهای آمینه در زنجیره A، برابر 21 و در زنجیره B برابر 30 می باشدکه در انسولین های جدا شده از اغلب گونه های حیوانی ثابت است . این دو زنجیره به وسیله دو پل دی سولفور یکی بین اسیدهای آمینه شماره 7 از دو زنجیره دیگری میان اسیدهای آمینه شماره 3 از زنجیره A و شماره 19 از زنجیره B با یکدیگر اتصال دارند، علاوه بر این، اسیدهای آمینه ردیف 6 و 11 در داخل زنجیره A به وسیله پیوند دی سولفور به یکدیگر متصل هستند. مکان این پیوندها در گونه های مختلف ثابت است.
بیوسنتز انسولین
1- پروتئین پیش ساز
انسولین ابتدا به صورت یک پروتئین ماقبل پیش ساز با وزن مولکولی 11500 ساخته می شود، نظم و ترتیب مراحل مختلف این بیوسنتز و مکان آن در شکل نشان داده شده است.
2- مکان داخلی سلولی بیوسنتز انسولین
بیوسنتز انسولین و بسته بندی هورمون به صورت دانه های ترشح کننده با نظم معین در درون سلول های بتا انجام می گیرد.
ابتدا پروتئین ما قبل پروانسولین توسط ریبوزوم های درون پلاسمایی زیر قرار گرفته اند ساخته می شود و سپس مراحل جدا شدن قطعه پپتیدی رهبر ، ایجاد پل های دی سولفور و تا خوردن مولکول در انبارک ها (CISTERNAE) انجام می پذیردو سرانجام مولکول های پروانسولین به داخل دستگاه گلژی انتقال می یابند . ساختمان و شکل دانه های ترشح کننده انسولین در حین عبور از داخل پلاسمای سلولی به طرف غشا تکمیل می گردد.
سیستم تنظیم ترشح انسولین
1- اثر گلوکز
2- اثر اسیدهای آمینه ، اسیدهای چرب و ترکیبات کتونی
3- اثر سایر هورمونها
اثر گلوکز
افزایش گلوکز خون ، مهمترین عامل فیزیولوژیک تنظیم کننده ترشح انسولین است. غلظت گلوکز خون در حالت ناشتا (80 – 100 میلی گرم درصد( آستانه غلظتی است که تجاوز از آن با تحریک ترشح انسولین همراه است. و بیشترین اثر محرک گلوکز زمانی حاصل می شود که غلظت آن در خون به حدود 300 تا 500 میلی گرم درصد برسد.
اثر اسیدهای آمینه ، اسیدهای چرب و ترکیبات کتونی
غذاهای غنی از پروتئین ، ترشح انسولین را تحریک می نمایند و اسیدهای آمینه آرژینین ، لیزین و لوسین از محرکهای قوی ترشح انسولین هستند. اثر غلظتهای فیزیولوژیک اسیدهای چرب و ترکیبات کتونی در تحریک ترشح انسولین بسیار ضعیف است.
اثر سایر هورمونها
تعداد زیادی از هورمونها در ترشح انسولین موثر هستند. پلی پپتید مهار کننده معده ای (GIP) ، غلظتهای زیاد گاسترین ، سکرتین و گلوکاگن روده ایاز طریق افزایش غلظت AMP حلقوی داخل سلولی ، در تحریک ترشح انسولین شرکت دارند. اثر غلظتهای زیاد و طولانی هورمون رشد ، کورتیزول ، لاکتوژن جفتی ، استروژن و پروستروژن نیز منجر به افزایش ترشح انسولین می گردد.
اثر انسولین در تبادلات غشاهای سلولی
سرعت واکنشهای فسفوریلاسیون گلوکز و متابولیسم گلوکز در سلولهای عضلانی و بافت چربی با سرعت انتقال گلوکز به داخل سلول متناسب است. D – گلوکز و قندهای شبیه به آن برای عبور از غشا سلول نیاز به حامل دارند و در اغلب بافتها انسولین نقش تقویت کننده این سیستم حامل را بر عهده دارد. تحت تاثیر انسولین تعداد حاملها افزایش می یابد. علاوه بر گلوکز ، انسولین عمل انتقال اسیدهای آمینه ، یونهای پتاسیم و کلسیم ، نوکلئوتیدها و فسفات معدنی را از غشاهای سلولی تقویت می کند.
اثرات انسولین در متابولیسم گلوکز
انسولین با افزایش کمی و همچنین افزایش فعالیت تعدادی از آنزیمهای کلیدی در واکنشهای گلیکولیز کبدی مانند آنزیمهای گلوکوکیناز و پیروات کیناز ، مصرف گلوکز در مسیر گلیکولیز را افزایش داده و بطور غیرمستقیم از رها شدن گلوکز در پلاسمای خون جلوگیری می کند. از سوی دیگر ، انسولین با کاهش فعالیت آنزیم گلوکز 6- فسفاتاز موجود در کبد از آزاد شدن گلوکز جلوگیری می کند. چون گلوکز 6- فسفات قادر به عبور از غشا سلول کبدی نیست، عمل انسولین منجر به نگهداری گلوکز در داخل سلولهای کبدی می شود.
یکی دیگر از اثرات انسولین که منجر به کاهش غلظت گلوکز در پلاسما می گردد، اثراتی است دیررس که در نتیجه مهار کردن واکنشهای نوسازی گلوکز حاصل می گردد. مهمترین آنزیم کلیدی در واکنشهای نوسازی گلوکز از مواد غیر قندی در کبد آنزیم فسفوانول پیروات کربوکسی کیناز می باشد که واکنش تبدیل شدن اگزالواستات به فسفوانول پیروات را کاتالیز می کند. انسولین با ویژگی خاص ، اثر بازدارنده در رونویسی ژن این آنزیم داشته و از سنتز RNA پیامبر مربوط به آن ، جلوگیری می کند.
اثر انسولین در متابولیزم چربیها
در بافتهای کبدی و چربی ، انسولین دارای اثر بازدارنده قوی در واکنشهای لیپولیز (تجزیه چربیها) است که این اثر نیز خود بطور غیر مستقیم به اثرات آنابولیسمی می انجامد. اثر بازدارنده انسولین در واکنشهای لیپولیز از دو راه صورت می گیرد. در حالیکه هورمونهای محرک واکنشهای لیپولیز یعنی گلوکاگن و اپی نفرین عمل خود را از طریق افزایش غلظت AMP حلقوی به انجام می رسانند، انسولین با اثری مخالف موجب کاهش غلظت AMP حلقوی می گردد. انسولین با فعال ساختن یک آنزیم فسفاتاز ویژه ، از فعالیت آنزیم لیپاز ، که در تجزیه چربیها نقش دارد جلوگیری می نماید. اثر بازدارنده انسولین در واکنشهای لیپولیز به کاهش غلظت اسیدهای چرب آزاد در جریان خون و نهایتا به افزایش اثرات انسولین در متابولیسم گلوکز می انجامد.
اثر انسولین در متابولیسم پروتئینها
انسولین اصولا دارای اثر آنابولیسمی در متابولیسم پروتئینها است به این معنی که واکنشهای سنتز پروتئینها را فعال ساخته و از تجزیه آنها جلوگیری می کند. انسولین جذب اسیدهای آمینه خنثی را توسط سلولهای عضلانی افزایش می دهد. اثر اصلی انسولین در افزایش سنتز پروتئینهای بدن )اسکلت ، عضله ، قلب و کبد) در طی مراحل واکنشهای بیوسنتز پروتئینها به ویژه در مرحله ترجمه RNA پیامبر به پروتئین ، بروز می نماید. انسولین قادر است با تغییراتی که در بعضی RNA های پیامبر (mRNA) ایجاد می نماید، در سنتز پروتئینهای خاص تاثیر بگذارد.
بیماریهای ناشی از بروز اختلال در ترشح انسولین
کمبود ترشح انسولین و همچنین پیدایش مقاومت در برابر عمل انسولین منجر به بیماری دیابت قندی می گردد. تقریبا 90درصد افراد بیمار ، مبتلا به دیابت قندی نوع II یعنی دیابت قندی غیر وابسته به انسولین هستند. این بیماران معمولا افراد چاقی بوده و غلظت انسولین در پلاسمای خون آنها زیاد است. که این افراد در پروتئینهای پذیرنده انسولین موجود در غشا ، دچار اشکال هستند.
نقش مهم انسولین در رشد و نمو اندامها در دوران جنینی را می توان با بررسی نوزادان غیر طبیعی مبتلا به سندرم لپرشونیسم ارزیابی کرد. در این نوزادان ، وزن بدن کمتر از حد طبیعی ، رشد عضلات ناقص ، مقدار چربی زیر پوست کم و عمر نوزاد کوتاه است. این نوزادان در برابر انسولین مقاوم هستند با اینکه مقدار هورمون در خون زیاد است ولی به دلیل نداشتن پروتئین پذیرنده انسولین ، قادر به استفاده از آن نیستند.
منابع
بیوشیمی عمومی ، دکتر پرویز شهبازی- دکتر ناصر ملک نیا، انتشارات دانشگاه تهران
فیزیولوژی پزشکی، آرتور گایتون ترجمه دکتر فرخ شادان، انتشارات چهر
اینترنت
پایان