การส่งสัญญาณทางเคมีของระบบต่อมไร้ท่อ

By -

ภายในร่างกายของสัตว์ทั้งหลาย มีเนื้อเยื่อที่ประกอบกันเป็นอวัยวะต่างๆ สามารถใช้ทำงานต่างๆ ได้ เช่น หายใจ กินอาหาร เดิน ว่ายน้ำ ฯลฯ ระบบประสาทส่วนกลางจะเป็นพื้นฐานอันดับแรกในการควบคุมกิจกรรมเหล่านี้ โดยผ่านเส้นประสาทที่อยู่ในอำนาจจิตใจ แต่กิจกรรมบางอย่างจะถูกควบคุมด้วยระบบประสาทที่ทำงานร่วมกับต่อมไร้ท่อ เช่น ความรวดเร็วในการตอบสนองต่อสิ่งเร้า ระยะเวลาการตอบสนอง และพฤติกรรมบางอย่าง สัตว์หลายชนิดจะอาศัยอยู่ร่วมกันเป็นกลุ่มหรือฝูง ไม่สามารถดำรงชีวิตโดยลำพังได้ แม้แต่สัตว์ดุร้ายที่สามารถหากินเองได้โดยไม่ต้องพึ่งพาสมาชิกในสปีชีส์เดียวกัน แต่ในช่วงระยะเวลาหนึ่งมันก็ต้องหาคู่สืบพันธุ์ เพื่อเป็นการดำรงเผ่าพันธุ์เอาไว้เป็นอย่างน้อย เพื่อความปลอดภัยของเผ่าพันธุ์ในตัวอ่อนแรกเกิดก็จำเป็นต้องอยู่รวมกันเป็นฝูง ซึ่งจะมีฮอร์โมนเป็นตัวควบคุมสำคัญในพฤติกรรมเหล่านี้อยู่

สัตว์มีกระดูสันหลังจะควบคุมร่างกายด้วยระบบประสาทส่วนกลาง ซึ่งจะไปกระตุ้นการทำงานของอวัยวะเป้าหมาย โดยการส่งสัญญาณทางเคมีที่เรียกว่า ฮอร์โมน แล้วจะกระตุ้นด้วยสัญญาณไฟฟ้าแทนไม่ได้หรือ ทำไมต้องใช้สัญญาณทางเคมี

การส่งสัญญาณไฟฟ้า จะไปกระตุ้นทุกๆ เซลล์ที่ผ่าน จึงเป็นการทำงานที่สิ้นเปลืองเกินไป แต่การส่งสัญญาณทางเคมีจะผ่านไปทางกระแสเลือด ซึ่งอยู่ในรูปโมเลกุลของฮอร์โมน สามารถแทรกซึมไปยังเซลล์ต่างๆ ทั่วร่างกายที่มีเส้นเลือดอยู่ แม้จะมีฮอร์โมนอยู่มากมายหลายชนิด แต่ละชนิดมีความจำเพาะกับเซลล์เป้าหมายเท่านั้น

ในอวัยวะหนึ่งๆ จะมีการรับสัญญาณเคมีที่เป็นของตนโดยเฉพาะ โดยจะสร้างตำแหน่งรับสัญญาณเฉพาะที่คล้ายกับถุงมือ ถุงมือนี้จะเสาะหาเจ้าของที่เหมาะจากโมเลกุลที่ผ่านเข้ามาจำนวนนับล้านๆ ซึ่งเรียกว่า รีเซฟเตอร์โปรตีน(receptor proteins) รีเซฟเตอร์โปรตีนในระบบประสาท-ต่อมไร้ท่อจะติดตั้งอยู่บนพื้นผิวเยื่อบุของเซลล์เป้าหมาย ซึ่งจะรับสัญญาณเคมีที่ส่งมาให้มันโดยเฉพาะ

ขั้นตอนการส่งสัญญาณทางเคมี
1. การออกคำสั่ง แม้อวัยวะบางส่วนสามารถส่งสัญญาณเคมีได้เอง แต่หน้าที่การออกคำสั่งที่เป็นศูนย์กลางใหญ่คือ ระบบประสาทส่วนกลาง เพราะมีบทบาทในการควบคุมการหลั่งฮอร์โมนโดยตรง ผ่านทางระบบประสาทและต่อมไร้ท่อ บริเวณสมองส่วนท้าย(hypothalamus) ที่จะควบคุมการส่งสัญญาณเคมี หรือผลิตฮอร์โมนหลายชนิดจากต่อมใต้สมอง

2. การส่งสัญญาณ ฮอร์โมนจะเดินทางไปกับกระแสไหลเวียนของเลือด เพื่อทำหน้าที่สื่อสารกับเซลล์ต่างๆ

3. ปฏิบัติภารกิจกับเซลล์เป้าหมาย ฮอร์โมนจะเข้าจับตำแหน่งเฉพาะ กับรีเซฟเตอร์โปรตีน เมื่อผ่านเข้ามายังเซลล์เป้าหมาย

4. แสดงผล รีเซฟเตอร์โปรตีนจะเปลี่ยนรูปร่างหลังจากที่จับกับฮอร์โมน เพื่อทำกิจกรรมตามคำสั่งทันที

ฮอร์โมนเป็นสัญญาณเคมีที่สามารถส่งได้ไกลจากอวัยวะที่ผลิต แต่สัญญาณประสาทจะส่งได้ในช่วงเวลาสั้นๆ เท่านั้น สัญญาณเคมีอีกชนิดหนึ่งที่เรียกว่า นิวโรฮอร์โมน จะสร้างจากเซลล์ประสาท ทำหน้าที่เช่นเดียวกับฮอร์โมนที่ส่งสัญญาณไปทางกระแสเลือด เมื่อฮอร์โมนจับกับเซลล์เป้าหมาย ก็จะอาศัยสัญญาณระดับสองกระตุ้นภายในเซลล์ให้เปลี่ยนปรับกิจกรรมภายในเซลล์ โดยที่ฮอร์โมนไม่ได้ผ่านเข้าสู่ภายในเซลล์โดยตรง สัญญาณระดับสอง ได้แก่ cAMP(cyclic adenosine monophosphate), cGMP(cyclic guanosine monophosphate) และ IP3 (inositol triphosphate)

ต่อม(gland) สารที่มีความจำเป็นต่อร่างกายจะมีกลุ่มเซลล์ที่ทำหน้าที่นี้อยู่สองชนิด คือ ต่อมมีท่อ(exocrine, duct gland) ได้แก่ ต่อมน้ำลายต่อมเหงื่อ ต่อมในตับ ฯลฯ มีหน้าที่ผลิตสารที่ส่งมาตามท่อไปยังอวัยวะเป้าหมาย ส่วนต่อมไร้ท่อ(endocrine, ductless gland) เป็นต่อมที่สร้างสารคัดหลั่งหรือฮอร์โมนที่เป็นสัญญาณทางเคมี แล้วซึมเข้าสู่ระบบไหลเวียนไปยังอวัยวะเป้าหมาย โดยจะไม่ส่งผลต่ออวัยวะอื่นที่ไม่ใช่เป้าหมาย ฮอร์โมนเหล่านี้มีความจำเป็นต่อการเจริญเติบโตและพฤติกรรมต่างๆ ของร่างกาย แม้จะมีอยู่ไม่มากนัก โมเลกุลของฮอร์โมนนี้จะมีน้ำหนักต่ำ มีการกระจายตัวเร็ว คงสภาพได้ไม่นาน ย่อยสลายง่าย โดยเฉพาะเมื่อถูกความร้อน

การทำงาน-ส่งสัญญาณของฮอร์โมน
มีการทำงานได้สองวิธีในฮอร์โมนและนิวโรฮอร์โมน คือ ทำงานโดยผ่านเข้าทางเซลล์เป้าหมาย หรือไม่ผ่านไปยังเซลล์เป้าหมาย ที่เข้าไปยังเซลล์เป้าหมาย เรียกว่า ฮอร์โมนสเทียรอยด์(steroid hormones) และฮอร์โมนเพบไทด์(peptide hormones) ส่วนชนิดที่ไม่สามารถเดินทางเข้าไปในเซลล์เป้าหมายได้ จะต้องได้รับการกระตุ้นสัญญาณระดับสองให้ชักนำการเปลี่ยนกิจกรรมภายในเซลล์ ซึ่งฮอร์โมนนี้จะติดต่ออยู่กับรีเซฟเตอร์โปรตีนที่เยื่อยุ้มเซลล์

ฮอร์โมนสเทียรอยด์
รีเซฟเตอร์โปรตีนบางชนิดจะอยู่ในไซโตพลาสซึมของเซลล์เป้าหมาย ฮอร์โมนที่จะไปสั่งงานจะต้องผ่านเข้าในเซลล์เพื่อจับกับรีเซฟเตอร์ในไซโตพลาสซึมได้ ฮอร์โมนนี้จะอยู่ในรูปของไลพิดโมเลกุลเล็กที่ละลายน้ำได้ เมื่อไปจับกับรีเซฟเตอร์โปรตีนก็จะกลายเป็นสารรูปใหม่ที่ซับซ้อนเข้าไปจับกับ DNA ในนิวเคลียส และเปลี่ยนกิจกรรมของยีนในเซลล์นั้น เช่น ชักนำให้มีทรานส์คริพชันของยีนบางชุด และอาจไปกดทรานส์คริพชันของยีนอีกชุดหนึ่งก็ได้ ตัวอย่างเมื่อยีนถูกกระตุ้นด้วยฮอร์โมนสเทียรอยด์และมีการเปลี่ยนแปลงกิจกรรม เช่น ในนักกีฬาและนักยกน้ำหนักที่มีการเพิ่มกล้ามเนื้อและเพิ่มความแข็งแกร่ง ซึ่งอาจเสี่ยงต่อการเกิดมะเร็งสมองตามมาทีหลังจากผลข้างเคียง ฮอร์โมนสเทียรอยด์ ได้แก่ ฮอร์โมนเพศ ที่มีคอร์ติโซนและเทสโตสเตอโรน(แอนโดรเจน)ในเพศผู้ประกอบอยู่ หรือที่ประกอบด้วยเอสโตเจนและโพรเจสเตอโรนในเพศเมีย

ฮอร์โมนเพ็บไทด์
รีเซฟเตอร์โปรตีนที่ตั้งอยู่ที่เยื่อหุ้มเซลล์บางตัว จะทำหน้าที่จับฮอร์โมนเพ็บไทด์ กิจกรรมภายในเซลล์จะถูกกระตุ้นให้มีการเปลี่ยนแปลงขึ้น โดยอาศัยตัวกลางที่เรียกว่า สัญญาณระดับสอง ส่วนประกอบของฮอร์โมนเพ็บไทด์หลายชนิดจะเป็นสายโพลิเพ็บไทด์สั้นๆ เช่น อีพิเนฟริน หรืออะดรีนาลิน ซึ่งเปลี่ยนแปลงมาจากกรดอะมิโนไทโรซีน แต่ฮอร์โมนเพ็บไทด์หลายชนิดก็ประกอบด้วยโพลิเพ็บไทด์สายยาว เช่น อินซูลิน ที่เป็นโปรตีนโลเลกุลใหญ่

ที่มา: จากหนังสือเรื่อง มีนวิทยา
เรียบเรียงโดย: สุภาพร สุกสีเหลือง
ภาควิชาชีววิทยา
มหาวิทยาลัยศรีนครินทรวิโรฒ