Cơ chế của chất truyền tin thứ hai trong chức năng nội tiết trung gian nội bào

Một trong những cơ chế hormone tác động trong môi trường nội bào là kích thích sự hình thành chất truyền tin thứ hai cAMP phía trong màng tế bào. cAMP sau đó gây ra một loạt ảnh hưởng trong khu vực nội bào. Do đó, chỉ có duy nhất một ảnh hưởng trực tiếp từ hormone lên tế bào đó là kích hoạt 1 loại receptor đặc hiệu màng tế bào. Công việc còn lại là của chất truyền tin thứ hai.

cAMP không phải chất truyền tin thứ hai duy nhất được tạo thành bởi các hormone khác nhau. Có hai chất đặc biệt quan trọng khác là (1) ion calci và calmoduli liên hợp và (2) sản phẩm của sự phân hủy phospholidip màng tế bào.

Adenylyl cyclase- cAMP, hệ thống truyền tin thứ hai

Bảng. Các hormone sử dụng hệ thống tín hiệu thứ hai của Adenylyl Cyclase – cAMP

Một vài trong số rất nhiều hormone sử dụng cơ chế adenylyl cyclase- cAMP để kích thích các mô đích của chúng, và hệ thống truyền tin thứ hai adenylyl cyclase- cAMP. Sự gắn của hormone với receptor đặc hiệu cho phép xảy ra sự gép gặp giữa receptor với protein G. Nếu protein G kích thích hệ thống adenylyl- cAMP, được gọi là protein GS, cho biết protein G đã được kích thích. Sự kích thích adenylyl cyclase, một enzyme gắn màng, bởi protein GS sau đó xúc tác sự chuyển đổi một lượng nhỏ ATP (adenosine triphosphat) trong tế bào chất thành cAMP nội bào. Tiếp theo kích hoạt cAMP phụ thuộc protein kinase (chất này phosphoryl hóa những protein đặc hiệu của tế bào) thành dạng có hoạt tính, dẫn tới xúc tác cho chuỗi phản ứng hóa học và cuối cùng dẫn đến những đáp ứng của tế bào với hormone.

Hình. Cơ chế chu kỳ adenosine monophosphate (cAMP) trong đó nhiều hormone kiểm soát chức năng tế bào của chúng. ADP, adenosine diphosphate; ATP, adenosine triphosphat.

Một khi cAMP được tổng hợp trong tế bào, nó thường kích hoạt một chuỗi các enzyme. Có nghĩa là, đầu tiên enzyme được kích hoạt, sau đó enzyme này kích hoạt một enzyme thứ hai, và cứ tiếp tục đến enzyme thứ 3, thứ 4. Điều quan trọng trong cơ chế này là chỉ cần một vài phân tử adenylyl cyclase hoạt hóa trong màng tế bào có thể kích hoạt thêm rất nhiều các phân tử của các enzyme tiếp theo, rồi thêm rất nhiều phân tử của enzyme thứ ba, thứ tư. Bằng cách này, dù chỉ một lượng nhỏ hormone hoạt động trên bề mặt tế bào cũng có thể khởi động một chuỗi các phản ứng trong cả tế bào.

Nếu liên kết hormone với receptor đặc hiệu gắn với một protein G ức chế (protein Gi), adenylyl cyclase sẽ bị ức chế, giảm tổng hợp cAMP và cuối cùng dẫn đến ức chế hoạt động của tế bào. Do đó, tùy vào sự ghép cặp của receptor với protein G loại ức chế hay kích thích, một hormone có thể hoặc làm tăng hoặc làm giảm nồng độ cAMP và quá trình phosphoryl hóa những protein chính của tế bào.

Các đáp ứng đặc hiệu làm tăng hoặc giảm cAMP tại mỗi loại tế bào đích phụ thuộc vào bản chất của bộ máy nội bào; một số tế bào chỉ chứa một nhóm enzyme, và những tế bào khác lại chứa các enzyme khác. Do đó, những chức năng khác nhau được tìm ra ở các loại tế bào khác nhau, như kích hoạt tổng hợp các hóa chất nội bào, gây co cơ hoặc giãn cơ, kích thích các tế bào bài tiết các chất, và làm thay đổi tính thấm của tế bào.

Do đó, một tế bào tuyến giáp được kích thích bởi cAMP sẽ tổng hợp các hormone thyroxin và triiod-thyroxin, ngược lại cũng cAMP đó ở tuyến vỏ thượng thận lại gây bài tiết các hormone steroid vỏ thượng thận. Tại một các tế bào biểu mô của ống xa và ống góp của thận, cAMP làm tăng tính thấm của chúng với nước.

Hệ thống truyền tin thứ hai trên màng phospholipid của tế bào

Một số hormone kích hoạt các receptor xuyên màng qua đó kích hoạt enzyme phospholipase C gắn với chồi phía trong của receptor. Enzym này xúc tác cho quá trình phân hủy một số phospholipid màng tế bào, đặc biệt là phosphatidylinositol bi- phosphate (PIP2), thành hai sản phẩm là hai chất truyên tin thứ hai: inositol triphosphate (IP3) và diacylglycerol (DAG). Chất IP3 huy động ion calci từ ty thể và từ lưới nội chất, sau đó các ion calci sẽ có tác dụng như một chất truyền tin thứ hai, chẳng hạn như gây co cơ trơn và làm thay đổi chế tiết ở một số tế bào.

Bảng. Các hormone sử dụng hệ thống tín hiệu thứ hai của Phospholipase C

DAG, một loại chất truyền tin thứ hai có bản chất lipid, kích hoạt enzyme kinase C, qua đó phosphoryl hóa một lượng lớn các protein, tạo ra những đáp ứng của tế bào. Bên cạnh những tác dụng trên, thành phần lipid của DAG là acid arachidonic, chất này là tiền thân của các prostaglandin và một số hormone tại chỗ, các chất này gây ra nhiều ảnh hưởng đến các mô đích của cơ thể.

Hình. Hệ thống thông tin thứ hai phospholipid của màng tế bào mà nhờ đó một số hormone kiểm soát chức năng tế bào của chúng. DAG, diacylglycerol; IP3, inositol triphosphat; PIP2, phosphatidylinositol biphosphat.

Hệ thống truyền tin thứ hai: calci-calmuduli

Một hệ thống truyền tin thứ hai nữa diễn ra khi đáp ứng với hiện tượng ion calci đi vào trong tế bào. Quá trình calci đi vào tế bào có thể được khởi động bởi (1) thay đổi khả năng mở kênh calci, (2) một hormone tương tác với các receptor màng làm mở kênh calci.

Sau khi vào trong tế bào, ion calci gắn với protein calmodulin. Protein này có 4 vị trí gắn calci, và khi có 3 trên 4 vị trí được gắn với calci, protein calmodulin sẽ thay đổi hình dạng và khởi động một loạt các ảnh hưởng trong tế bào, bao gồm kích thích hoặc ức chế các protein kinase. Sự kích thích các protein calmodulin phụ thuộc protein kinase sẽ thông qua quá trình phosphoryl hóa để gây kích thích hoặc ức chế các protein liên quan đến sự đáp ứng của tế bào với hormone. Ví dụ, một chức năng cụ thể của calmodulin là kích hoạt các myosin kinase chuỗi nhẹ (MLCK- myosin light chain kinase), sau đó gián tiếp gây tác dụng lên chuỗi myosin của cơ trơn gây co cơ trơn.

Nồng độ trung bình của ion calci trong hầu hết các tế bào của cơ thể là 10-8 đến 10-7 mol/L, không đủ để kích hoạt hệ thống calmodulin. Nhưng khi nồng độ ion calci tăng lên đến 10-6 đến 10-5 mol/L, đủ để kết hợp và gây ra tất cả ảnh hưởng của calmodulin trong tế bào. Ở cơ vân, cũng cần đến một lượng ion calci như trên mới có thể kích thích troponin C gây co cơ. Có một điều thú vị là troponin C cũng giống như calmodulin ở cả chức năng và cấu trúc protein.