Chapter 41: Chemical signals in animals
Biologische processen zorgen voor signalen door hormonen. Hormonen worden uitgescheiden in de
extracellulaire vloeistof, gecirculeerd in de bloedstroom. Elke hormoon bindt op specifieke
receptoren in het lichaam. Het zorgt voor een respons. Chemische signalering bij hormonen is de
functie van het endocriene systeem. Dat is een van de twee systemen voor communicatie en
regulatie in het dierlijke lichaam. Het andere communicatie en controle systeem is zenuw systeem,
een netwerk van gespecialiseerde cellen.
41.1 Hormones and other signaling molecules bind to target receptros, triggering specific
response pathways
De communicatie tussen dierlijke cellen via uitscheidende signalen wordt
ingedeeld door: het type van uitscheidende cel en de route die genomen
wordt bij het signaal bij het bereiken van het doel.
• Endocriene signalering: hormonen worden uitgescheiden in het
extracellulaire vloeistof bij endocriene cel die de doelcellen via de
bloedstroom bereiken. Het is belangrijk bij het handhaven van
homeostase. De hormonen reguleren eigenschappen die de
bloeddruk en volume, energiemetabolisme en toewijzing en
opgeloste concentraties in lichaamsvloeistoffen omvatten. Het
bemiddeld in respons op omgevingsstimuli, reguleert de groei en
ontwikkeling en brengt fysieke en gedragsveranderingen teweeg die
ten grondslag liggen aan seksuele volwassenheid en voortplanting.
• Paracriene en autocriene signalering: veel types van cellen
produceren en scheiden lokale regulatoren, moleculen voor een korte
afstand, bereiken de doelcellen alleen bij diffusie en die binnen hun
doelcellen werken. De lokale regulatoren spelen een rol bij
fysiologische processen, inclusief bloeddruk regulatie, zenuwstelsel
functie en reproductie. Bij paracriene signalering liggen doelcellen
vlak bij de uitscheidende cellen. Bij autocriene signalering de
uitscheidende cellen zijn de doelcellen.
• Synaptische en neuroendocriene signalering: uitscheidende
moleculen zijn essentieel voor de functie van het zenuwstelsel.
Neurons communiceren met doelcellen, via gespecialiseerde
knooppunten genaamd synapsen. De neuronen uitscheidende
moleculen heten neurotransmitters die een korte afstand afleggen en
bindt op receptoren op de doelcellen. Synaptische signalering is Figuur 1: Signaleringen
centraal voor sensatie, memorie, erfelijkheid en beweeglijkheid. Bij
neuro-endocrine signalering, neuronen worden neuro-
secretorische cellen genoemd en scheiden neurohormonen uit. Die
van de zenuwuiteinden naar de bloedbaan diffunderen.
De signalering door feromonen: niet alle uitgescheiden signaalmoleculen
werken in het lichaam. Feromonen zijn chemicaliën die vrijkomen in de
externe omgeving.
Klassen van lokale regulatoren: polypeptiden, waaronder cytokinen die
communicatie met immuun cellen en groeifactoren, die celgroei-divisie en
ontwikkeling bevorderen. Gassen bijvoorbeeld stikstofmonoxide (NO), het
functioneert in het lichaam als een lokale regulator en een
neurotransmitter. Als de hendel van zuurstof in het bloed valt, Figuur 2: Water en lipiden oplosbare
hormonen
,synthetiseren epitheelcellen in bloedvatwanden en geven NO vrij. NO activeert het enzym dat cellen
ontspant → vasodilatie (bloedtoevoer naar de weefsels toeneemt).
Klassen van hormonen: polypeptide, steroïden en amines. Insuline is een
polypeptide. Steroïde hormoon (bijvoorbeeld cortisol), zijn lipiden die vier
gefuseerde koolstofringen bevatten. Ephinephrine en thyroxine zijn
aminehormonen. Polypeptiden en de meeste aminehormonen zijn in water
oplosbaar. Steroïde hormonen en niet polair (hydrofobe) hormonen zijn
lipiden oplosbaar. De water oplosbare hormonen worden uitgescheiden
door exocytose en vrij in de bloedbaan. Ze zijn onoplosbaar in lipiden, ze
kunnen niet door de plasmamembranen van doelwitcellen diffunderen. De
hormonen binden aan de receptoren van het celoppervlak. De lipiden
oplosbare hormonen verlaten via endocriene cellen door diffusie over de
membranen. Deze binden aan transporteiwitten, blijven oplosbaar in het
bloed. Daarna diffunderen ze in intro-doelcellen en binden typisch aan
receptoren in het cytoplasma of de kern. De receptor triggert de
veranderingen in gen transcriptie.
De route voor een wateroplosbare hormonen: de binding van een
wateroplosbaar hormoon aan een celoppervlakreceptoreiwit veroorzaakt
een cellulaire respons. Het kan een activering van een enzym zijn, een
Figuur 3: Water en lipide oplosbare
verandering in de opname of uitscheiding van specifieke moleculen, of een hormonen pathway
herschikking van het cytoskelet. Soms zorgen celoppervlakreceptoren
ervoor dat eiwitten in het cytoplasma in de kern terechtkomen en de
transcriptie van specifieke genen veranderen. De keten die het extracellulaire chemische signaal
omzet naar specifieke intracellulaire respons wordt signaaltransductie genoemd.
De route voor een lipide oplosbare hormonen: het hormoon activeert de receptor. Het is meestal
een verandering in de genexpressie. De meeste steroïde hormoonreceptoren bevinden zich in het
cytosol voorafgaand aan een binding aan een hormoon. Het binden aan het hormoon vormt een
complex dat naar de kern verplaatst. De receptor- eiwit wijzigt het complex de transcriptie van
bepaalde genen door interactie met een specifieke DNA bindend eiwit of reactie element in het DNA.
Meerdere responsen op een enkel hormoon: hormonen binden op een specifiek hormoon. Een
hormoon kan een range triggers de activiteiten die een respons coördineren bij een stimuli.
Sommige endocriene cellen zijn te vinden in organen. Deze zijn gegroepeerd in organen zonder
afvoerbuis die endocriene klieren (thyroid en parathyroid, geslachtklieren) genoemd worden.
, 41.2 Feedback regulation and coordination with the nervous system are common in hormone
pathways
Bij een eenvoudige endocriene weg, reageren de endocriene cellen direct op een
interne of omgevingsstimulus door een bepaald hormoon af te scheiden. Het
hormoon gaat via de bloedbaan naar doelcellen, waar het bindt aan de specifieke
receptoren.
Bij een eenvoudige neuro-endocrine weg. De stimulus wordt
ontvangen door een sensorisch neuron in plaats van een
endocrien weefsel. Deze stimuleert een neuro-secretoire cel,
die een reactie een neurohormoon afscheidt. Het diffundeert
in neurohormonen in de bloedbaan en reist het in de
bloedsomloop naar doelwitcellen.
Feedback regulatie: er is een positieve en negatieve feedback. Figuur 4: Eenvoudige endocriene
weg
De negatieve feedback gaat altijd terug naar de set point,
bijvoorbeeld pH van het bloed, temperatuur van het lichaam,
of het glucose gehalte. De positieve feedback gaat altijd (continue) door,
bijvoorbeeld borstvoeding en een bevalling.
Bij gewervelde dieren is de coördinatie van
endocriene signalering afhankelijk van de
Figuur 5: Eenvoudige neuro-endocriene hypothalamus. De hypothalamus ontvangt
weg
informatie van de zenuwen door het hele lichaam
en initieert neuro endocriene signalering die
geschikt is voor omgevingsomstandigheden. Deze signalen van de
hypothalamus gaan naar de hypofyse. Deze bestaat uit twee gefuseerde
klieren die uit discrete posterieure en anterieure delen of lobben
bestaan. De achterste hypofyse is een uitbreiding van de hypothalamus.
De voorkwab van de hypofyse is een endocriene klier die hormonen
synthetiseert en uitscheidt als reactie op hormonen uit de
hypothalamus.
Figuur 6: Endocriene klieren
Posterior hypofyse hormonen: de twee posterior hypfyse hormonen zijn
antidiuretisch hormoon (ADH) en oxytocine. Deze gaan naar de achterste
hypofyse, binnen de lange axonen van de neurosecretoire cellen, worden neurohormonen
opgeslagen om te worden vrijgegeven als reactie op zenuwimpulsen die door de hypothalamus
worden overgedragen. ADH reguleert de nierfunctie. De uitscheiding van ADH verhoogt het
vasthouden van water in de nieren, waardoor de normale concentratie van opgelost bloed wordt
gehandhaaft. Oxytocine heeft meerdere functies gerelateerd aan reproductie. Het regelt de
melkafscheiding door melkklieren en reguleert de uterine-concentratie tijdens het birhting. Het heeft
doelwitten in de hersenen, waar het gedrag beïnvloedt dat verband houdt met maternale zorg.
Anterior hypofyse hormonen: hormonen worden uitgescheiden door de hypofyse aan de voorkant en
controleren verschillende processen in het menselijk lichaam, waaronder metabolisme,
osmoregulatie en reproductie. Hormonen die uitgescheiden worden door de hypothalamus,
controleren de afgifte van alle hypofysaire hormonen aan de voorkant. Elk hypotalamisch hormoon
dat de afgifte van een of meer hormonen door de hypofysevoorkwab regelt, wordt een vrijgevend of
remmend hormoon genoemd. Elke voorkwab van de hypofyse wordt gecontroleerd door ten minste
een vrijgevend hormoon. Het stimuleert een ander endocrien orgaan om nog een ander hormoon uit
te scheiden dat specifieke doelweefsesl aantast. Bij reproductie signaleert de hypothalamus
bijvoorbeeld de hypofyse aan de voorkant om de hormonen FSH en LH vrij te maken, die
hormoonafscheiding door de geslachtklieren reguleren (eierstokken of teelballen).
, Schildklierregulatie; een hormonale cascade-route. De schildklier helpt
bij het stand houden van de normale bloeddruk, hartslag en
spierspanning; en het reguleert de spijsvertering en
voortplantingsfuncties. Als het niveau van het schildklierhormoon in
het bloed daalt, scheidt de hypothalamus thyrotropine-releasing
hormoon (TRH) af, waardoor de hypofyse het thyroid stimulating
hormoon (TSH) afscheidt. Het stimuleert de schildklier, die reageert
door afscheiding van het schildklierhormoon dat de stofwisseling
verhoogt.
Aandoeningen van de schildklierfunctie en regulatie; het kan resulteren
in ernstige aandoeningen. Die aandoening weerspiegelt de
ongebruikelijke chemische samenstelling van het schildklierhormoon.
Een jodiumhoudend molecuul wordt in het lichaam gesynthetiseerd
(enige). Het zijn moleculen die afgeleid zijn van het aminozuur tyrosine.
Triiodothyronine (T3) heeft 3 jodiumatomen, en tetraiodothyronine
(T4) heeft 4 jodiumatomen. Met een lage bloedspiegel van het
schildklierhormoon ontvangt de hypofyse geen negatieve feedback en
blijft het TSH uitscheiden.
Hormonale regulatie van groei; het groeihormoon (GH = growth
hormone), wordt uitgescheiden door de voorkwab van de hypofyse.
Het stimuleert de groei door de tropische en niet tropische effecten.
Het is een belangrijk doelwit, de lever reageert op GH door het
vrijgeven van insulineachtige groeifactoren (IGF’s). Deze circuleren in
het bloed en stimuleren de groei van bot en kraakbeen. Als het GH
afwezig is stop het skelet van een onvolgroeid dier met groeien. Het
oefent verschillende metabole effecten uit om de bloedglucosespiegel
te verhogen, waardoor effecten van insuline worden tegengegaan. Een
abnormale productie van het GH kan resulteren in verschillende
stoornissen, afhankelijk of er te veel (hypersecretion) of te weinig
(hyposecretion) is. Hypersecretion van het GH tijdens de kindertijd kan Figuur 7: Een hormoon cascade pathway
leiden tot gigantisme, waarbij personen ongewoon lang groeien, maar
relatief normale lichaamsaandelen behouden. Bij volwassen stimuleert het de groei, voornamelijk
het gezicht, de handen en de voeten. Bij hyposecretion van het GH in de jeugd vertraagt het de groei
van lange botten en kan het leiden tot hypofyse dwerggroei. Als de diagnose wordt gesteld voor de
puberteit, kan het behandeld worden met humaan GH (HGH).
41.3 Endocrine glands respond to diverse stimuli in regulating homeostasis, development,
and behavior
Bijschildklierhormoon en vitamine D; controle van
bloedcalcium. Calcium is essentieel voor de normale werking
van alle cellen = homeostatische controle. Als het calcium
niveau in het bloed daalt, beginnen skeletspieren te
samentrekken. Als het onder de streefwaarde van ongeveer
10mg/100ml komt, geven deze klieren het parathyreoïd
hormoon (PTH) af. Het verhoogt het bloedniveau van calcium
door directe effecten in botten en de nieren en een indirect
effect op de darmen. Het PTH in de botten zorgt ervoor dat de
gemineraliseerde matrix wordt afgebroken, waardoor calcium
in het bloed vrijkomt. In de nieren stimuleert het PTH de Figuur 8: Calcium level
