Почему йод используется для метаболических гормонов?

Классические гормоны щитовидной железы реализуют очень гибкий сигнальный механизм. В основном они состоят из двух ароматических колец, соединенных атомом кислорода. Необязательно они могут содержать органические боковые цепи и неорганические атомы йода.

В случае йодтиронинов, которые представлены, например, хорошо известными гормонами щитовидной железы Т4, Т3 и 3,5-Т2, боковая цепь содержит аминогруппу и карбоксилатную группу. Следовательно, йодтиронины являются аминокислотами. До четырех различных атомов водорода (по два в каждом кольце) могут быть заменены атомами йода, и результирующий характер йодирования определяет их биологическую активность. Как правило, йодирование внутреннего кольца и дейодирование наружного кольца приводит к высокой биологической активности (например, в отношении Т3 и 3,5-Т2), тогда как йодирование внешнего кольца и дейодирование внутреннего кольца доставляет тиреоидный гормон, блокирующий рецепторы. например реверс-T3). Существуют три дейодиназы, кодируемые генами DIO1, DIO2 и DIO3, которые катализируют реакции «повышающей» и «понижающей» реакции на активные или неактивные гормоны щитовидной железы соответственно. Множественные молекулярные процессы способны по-разному активировать и подавлять тканевые дейодиназы. Следовательно, тиреоидные гормоны подлежат как глобальному, так и локальному контролю.

Удаление аминогруппы приводит к йодтироацетатам. Их биологические эффекты аналогичны эффектам йодтиронинов, но помимо ядерных рецепторов они также оказывают сильное влияние на мембраносвязанные рецепторы, которые слабо активируются йодтиронинами.

Тиронамины лишены карбоксилатной группы. Их биологическое действие отличается от действия йодтиронинов и йодтироацетатов. Активируя мембраносвязанный рецептор TAAR1, они оказывают эффект, во многом антагонистический эффекту классических тиреоидных гормонов. Тиронамины наиболее активны в дейодированном состоянии.

Подводя итог, можно сказать, что как органические, так и неорганические модификации способны модулировать действие гормонов щитовидной железы. Этот механизм является очень эффективным способом кодирования высокой степени информационной энтропии в относительно небольших молекулах.

использованная литература

Геребен Б., Завацкий А.М., Рибич С., Ким Б.В., Хуанг С.А., Симонидес В.С., Зеолд А., Бьянко А.С. Клеточные и молекулярные основы регулируемой дейодиназой передачи сигналов гормонов щитовидной железы. Endocr Rev. 2008 Dec; 29(7):898-938. doi: 10.1210/er.2008-0019. PMID: 18815314

Энглер Д., Burger AG. Дейодирование йодтиронинов и их производных у человека. Endocr Rev. 1984 Spring; 5(2):151-84. PMID 6376077 .

Piehl S, Hoefig CS, Scanlan TS, Köhrle J. Тиронамины - прошлое, настоящее и будущее. Endocr Rev. 2011 Feb;32(1):64-80. doi: 10.1210/er.2009-0040. PMID 20880963 .

Йод в нас

Йод содержится в двух основных гормонах, Т3 и Т4. Они влияют на каждую часть тела и важны для межклеточной передачи сигналов. Википедия говорит:

Тиронины действуют почти на каждую клетку тела. Они увеличивают скорость основного обмена, влияют на синтез белка, помогают регулировать рост длинных костей (синергия с гормоном роста) и созревание нервной системы, а также повышают чувствительность организма к катехоламинам (таким как адреналин) за счет вседозволенности. Гормоны щитовидной железы необходимы для правильного развития и дифференцировки всех клеток человеческого организма. Эти гормоны также регулируют белковый, жировой и углеводный обмен, влияя на то, как клетки человека используют энергетические соединения. Они также стимулируют обмен витаминов. На синтез гормонов щитовидной железы влияют многочисленные физиологические и патологические стимулы.

Почему у нас есть йод в этих гормонах?

Это действительно ваш вопрос. Я нашел несколько статей об этом, и я обнаружил, что йод является важным катализатором, а йодтриозины превратились в важные гормоны.

Во-первых, использование йода в организмах было древним. Многие прокариоты и простейшие использовали его как способ борьбы с активными формами кислорода. Йодпероксидазы присутствовали у примитивных оксигенных и фотосинтезирующих цианобактерий около 3-х миллиардов лет назад. Это потому, что йод является одним из самых древних антиоксидантов.

Тироксин-подобные гормоны, по-видимому, образовались в одноклеточных водорослях около 4 млн лет назад. Однако его первоначальная функция заключалась не в передаче сигналов между клетками, как в случае Т3 и Т4. Первоначально он должен был катализировать другие биохимические реакции и удалять свободные радикалы. Все это произошло, когда тирозин был впервые создан. Йод реагирует с тирозином и образует йодтриозины, которые были важными катализаторами многих биохимических реакций.

Первое использование йодтриозинов для регуляции могло быть связано с АТФазой в митохондриях непозвоночных организмов. Также у позвоночных регуляция мтРНК регулировалась йодтриозинами.

Йодотирозины могут очень легко диффундировать между клетками, а развитие ТГ-рецепторов привело к развитию гормонов тироксина. Такие гормоны использовались сначала для эмбриологического развития, метаморфоза (если это правильный термин) амфибий и т.д. Остальное действительно эволюция! Эти гормоны присутствуют практически во всех организмах (кроме прокариот).

Резюме

Таким образом, использование йода в гормонах началось с йода в первых клетках, поскольку они обеспечивают защиту от свободных радикалов и активных форм кислорода, катализируя биохимические реакции. Йодотирозины стали важными для регуляции в клетках и, наконец, важны для передачи сигналов между клетками.

Если у вас есть еще вопросы, задавайте их в комментариях или можем пообщаться в Биосфере.

использованная литература

Это мои источники, и в этих статьях гораздо больше информации. Обратите внимание, что я не прав с химической точки зрения относительно используемой формы йода, поэтому в этих статьях содержится верная информация.

http://m.icb.oxfordjournals.org/content/early/2009/06/23/icb.icp053.full.pdf

http://ign.org/cm_data/2011_Venturi_Evolutionary_Significance_of_Iodine.pdf

вот интересная статья:

Накопление радиоактивного йода амфиоксами

резюмируя аннотацию: речь идет о головомозговых, которые не являются позвоночными, поэтому они являются близкими родственниками (наиболее родственными предками) позвоночных. Конкретным головомозговым, о котором идет речь, является amphioxus. В статье говорится о конкретной железе, называемой «эндостилем» Amphioxus, и исследуется гомология с подглоточной железой личиночной формы миног (бесчелюстных, наиболее примитивных позвоночных), называемых ammocoete. Подглоточная железа похожа на щитовидную железу. На самом деле эта подглоточная железа или щитовидная железа является определяющей характеристикой позвоночных. В аннотации описывается эксперимент, в ходе которого они взяли эндостиль амфиоксуса и имплантировали его саламандре (и амфибии), и это имело эффект, аналогичный действию щитовидной железы.

Почему эндостиль выделяет слизь? Потому что это необходимо для их фильтрующего питания (питание путем процеживания взвешенных веществ и частиц пищи из воды).

Зачем концентрировать йод в слизистой, я не знаю.

Другие ответы объясняют функцию йода. Этот ответ должен был объяснить эволюцию йодконцентрирующих желез в самом начале наших позвоночных предков.