La proteolisis es una fase importante del proceso secretor. Este proceso se inicia con endocitosis del coloide desde la luz folicular, en la superficie apical de la célula. La tiroglobulina "ingerida" aparece como gotas de coloide intracelulares que, seguidamente, se fusionan con lisosomas que contienen las enzimas proteolíticas indispensables. Se piensa, que la tiroglobulina debe desintegrarse por completo hacia sus aminoácidos constitutivos para que se liberen las hormonas.
Las endopeptidasas desdoblan de manera selectiva a la tiroglobulina, lo que desencadena el origen de intermediarios que contienen hormona, los cuales van a ser, procesados por exopeptidasas. Seguidamente, las hormonas liberadas salen de la célula. Ocurre que cuando se hidroliza la tiroglobulina, también se liberan monoyotirosina y diyodotirosina, pero casi nunca salen del tiroides; en su lugar, se metabolizan de manera selectiva, y el yodo, que ha sido liberado en forma de yoduro, se reincorpora hacia la proteína. En situaciones normales, éste yodo se vuelve a utilizar, sin embargo, cuando la hormona estimulante del tiroides activa intensamente la proteolisis, algo del yoduro llega a la circulación, a veces con pequeñas cantidades de yodotirosinas
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