Chapter 41: Chemical signals in animals
Biologische processen zorgen voor signalen door hormonen. De hormonen zorgen voor het
herstellen van de balans in het lichaam. Elke hormoon bindt op specifieke receptoren in het lichaam,
dat voor een respons zorgt. Chemische signalering bij hormonen is de functie van het endocriene
systeem (endocrine system). Dat is een van de twee systemen voor communicatie en regulatie in het
dierlijke lichaam. Het andere communicatie en controle systeem is het zenuw systeem (nervous
system); 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 door het bereiken van het doel.
• Endocriene signalering: hormonen worden uitgescheiden in het
extracellulaire vloeistof (bloed) en gaan door de bloedstroom mee
door het lichaam. Bij het aankomen van doelcellen kunnen deze
hormonen binden aan de receptoren en veroorzaken deze een
respons.
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, 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. De hormonen leggen een
korte afstand en bereiken de doelcellen alleen door diffusie.
De lokale regulatoren spelen een rol bij fysiologische processen:
- Bloeddruk regulatie
- Zenuwstelsel functie
- Reproductie.
Bij paracriene signalering liggen de doelcellen vlak bij/ naast de
uitscheidende cellen (hormonen uitscheidt). Figuur 1: Signaleringen
Bij autocriene signalering zijn de uitscheidende cellen en de
doelcellen dezelfde cel.
• Synaptische en neuro-endocriene signalering: uitscheidende moleculen zijn essentieel voor
de functie van het zenuwstelsel. Neuronen communiceren met de doelcellen, via
gespecialiseerde knooppunten genaamd synapsen. De uitscheidende neuronen produceren
neurotransmitters, die een korte afstand afleggen en binden op receptoren op de doelcellen
(neuronen, spieren of klieren).
Synaptische signalering is centraal voor:
- Sensatie
- Memorie
- Erfelijkheid
- Beweeglijkheid.
, Bij neuro-endocrine signalering, neuronen worden neuro-secretorische (neurosecretory)
cellen genoemd en scheiden neurohormonen uit. Die van de zenuwuiteinden naar de
bloedbaan diffunderen en zorgen voor respons in heel het lichaam.
De signalering door feromonen (pheromones): niet alle uitgescheiden signaalmoleculen werken in
het lichaam. Feromonen zijn chemische stoffen die vrijkomen in de externe omgeving. De functies:
- Territoriums afzetten
- Het waarschuwen voor roofdieren
- Aantrekken van partners
Klassen van lokale regulatoren: polypeptiden, waaronder cytokinen die
communicatie bevat 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, synthetiseren epitheelcellen in
bloedvatwanden en geven deze NO vrij. NO activeert het enzym dat cellen
ontspant → vasodilatie (bloedtoevoer naar de weefsels toeneemt).
Klassen van hormonen:
• Polypeptide: insuline
• Steroïden: coritsol, zijn lipiden die vier gefuseerde koolstofringen
bevatten.
• Amines: epinefrine en thyroxine aminehormoon. Figuur 2: Water en lipiden oplosbare
hormonen
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. Exocytose: de hormonen bevinden zich in blaasje in de
cel die hormonen afgeven. De hormonen kunnen vervolgens naar buiten toe
doordat het blaasje samensmelt met de celmembraan van de cel. De
hormonen binden aan de receptoren van het celmembraanoppervlak,
omdat de hormonen niet door een celmembraan om de doelcellen binnen
te komen. Het kan leiden tot een cytoplasmatische respons en gen
regulatie.
Het kan een activering van een enzym zijn, een verandering in de opname of
uitscheiding van specifieke moleculen, of een herschikking van het
cytoskelet. Soms zorgen celoppervlakreceptoren ervoor dat eiwitten in het
cytoplasma in de kern terechtkomen en de transcriptie van specifieke genen
veranderen = gen regulatie. De keten die het extracellulaire chemische
signaal omzet naar specifieke intracellulaire respons wordt
signaaltransductie genoemd.
De lipiden oplosbare hormonen verlaten de cel via diffusie over de Figuur 3: Water en lipide oplosbare
membranen. Deze binden aan transporteiwitten (proteïnen), zodat deze oplosbaar hormonen pathway
in het bloed blijven en door heel het lichaam kunnen verspreiden. Daarna diffunderen ze in
doelcellen en binden typisch aan receptoren in het cytoplasma of de kern. De receptor triggert de
veranderingen in gen transcriptie.
Een lipiden oplosbaar hormoon bindt op een cytoplasmatische receptor. Het hormoon zorgt samen
met de receptor voor een complex (wordt tijdens het binden veroorzaakt) dat zich naar de kern
(nucleus) verplaats. De receptor- eiwit wijzigt het complex de transcriptie van bepaalde genen door
interactie met een specifiek DNA bindend eiwit of reactie element in het DNA. Deze zorgen voor de
verandering van transcriptie van specifieke genen.
, Er kunnen meerdere responsen ontstaan bij een enkel hormoon. Hormonen binden op een
specifieke receptor, maar kunnen verschillende reacties veroorzaken.
Sommige endocriene cellen zijn te vinden in organen. Deze zijn gegroepeerd in organen zonder
afvoerbuis die endocriene klieren (endocrine glands) (thyroid en parathyroid, geslachtklieren)
genoemd worden. Deze geven de hormonen rechtstreeks af in de omgevende vloeistof. Exocriene
klieren (enxocrine glands) hebben wel afvoerbuizen die het zweet en slijm afgeven aan de
lichaamsoppervlakte.
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 (neurosecretory) cel, die
een neurohormoon afscheidt. Het hormoon diffundeert in de bloedbaan en reist in het bloed naar de
doelcellen.
Figuur 5: Eenvoudige neuro-endocriene Figuur 4: Eenvoudige endocriene
weg weg
, Feedback regulatie: er is een positieve en negatieve feedback. 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 (continue) door, bijvoorbeeld borstvoeding en een bevalling.
Bij gewervelde dieren is de coördinatie van endocriene signalering
afhankelijk van de hypothalamus. De hypothalamus ontvangt 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 (pituitary gland).
De hypofyse bestaat uit twee gefuseerde klieren die uit discrete
posterieure en anterieure delen of lobben bestaan. De achterste
(posterior) hypofyse is een uitbreiding van de hypothalamus. De
voorkwab (anterior) van de hypofyse is een endocriene klier die
hormonen synthetiseert en uitscheidt als reactie op hormonen uit de
hypothalamus. Deze gaan naar de achterste hypofyse, binnen de lange
axonen van de neurosecretoire cellen, worden neurohormonen
Figuur 6: Endocriene klieren
opgeslagen om te worden vrijgegeven als reactie op zenuwimpulsen die
door de hypothalamus worden overgedragen.
Posterior hypofyse hormonen:
• ADH (antidiretic hormone): reguleert nierfunctie. De uitscheiding van
ADH verhoogt het vasthouden van water in de nieren, waardoor de
normale concentratie van opgelost bloed wordt gehandhaaft.
• Oxytocine: Oxytocine heeft meerdere functies gerelateerd aan
reproductie. Het regelt de melkafscheiding door melkklieren. Het
reguleert de baarmoeder concentratie tijdens de geboorte, het
beïnvloedt het gedrag in het brein van moedelijke zorg en
seksualiteit.
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 voorkwab (releasing/ inhibiting hormonen). 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 (throid hormone);een hormonale cascade-route.
De schildklier helpt bij:
- Het stand houden van de normale bloeddruk
- Hartslag Figuur 7: Een hormoon cascade pathway
- Spierspanning
- Het reguleert de spijsvertering en voortplantingsfuncties.
