Funzionamento degli ormoni e meccanismi di segnalazione cellulare

I secondi messaggeri

Sinapsi chimica a risposta veloce

Fluido extracellulare Legame del neurotrasmettitore Citosol Recettore ionotropo/ canale ionico Flusso ionico (a) Risposta veloce

Sinapsi chimica a risposta lenta: accoppiamento diretto

1. Il neurotrasmettitore si lega al recettore

Canale ionico Recettore metabotropo y

1. Attivazione della proteina G
2. Apertura o chiusura del canale ionico Proteina G

Sinapsi chimica a risposta lenta: sistema secondi messaggeri

1. Il neurotrasmettitore (primo messaggero) si lega al recettore Enzima Recettore metabotropo Y
2. Proteina G attivata
3. Attiva o inibisce l'enzima
4. Produce un secondo messaggero Secondo messaggero
5. a Apre o chiude i canali ionici
6. b Produce altre risposte cellulari

I recettori metabotropi sono tipicamente associati alla produzione di messaggeri secondari come AMP ciclico (cAMP), inositolo trifosfato (IP3) e diacilglicerolo (DAG). Questi messaggeri secondari amplificano il segnale che è iniziato dal legame del neurotrasmettitore al recettore e portano a una risposta più complessa e modulata all'interno della cellula.Voltmetro Voltmetro 0 5 10 sec mV Il neurotrasmettitore si lega al recettore O Na+

1. neurotrasmettitore si lega al recettore Adenilato ciclasi Canale per il K+ Recettore metabotropo 8 ATP P Citosol K+
2. Attivazione della proteina G
3. Attivazione dell'enzima
4. Produzione del secondo messaggero K+
5. canale per il K+ si chiude e il K+ non attraversa il canale CAMP
6. Attivazione dell'enzima
7. Fosforilazione della proteina (canale per il K+) Protein chinasi A (b) Risposta lenta 0 5 10 msec mV Liquido extracellulare Recettore ionotropo/ canale ionico (a) Risposta veloce

Recettori

possono essere Proteine recettore nella membrana cellulare o intracellulari Cellule o strutture specializzate che convertono vari stimoli in segnali elettrici

Tipi di recettori

• Recettori centrali sono nell'encefalo o prossimi a esso.
• Recettori periferici sono localizzati fuori dall'encefalo.

Localizzazione e funzione dei recettori

• Occhi (visione)
• Orecchie (udito, equilibrio)
• Naso (olfatto)
• Lingua (gusto)
• Chemocettori (pH, gas, sostanze chimiche)
• Osmocettori (osmolarità)
• Termocettori (temperatura)
• Barocettori (pressione)
• Propriocettori (posizione del corpo)
• Altri meccanocettori (dolore, vibrazione, tatto)

Modulazione ormonale

Modulazione ormonale a partire dalla membrana

Gli ormoni peptidici (H) non possono entrare nelle proprie cellule bersaglio e devono combinarsi con recettori di membrana (R) per dare inizio ai processi di trasduzione del segnale. H H R R G TK AE Apre un canale ionico Sistema di secondi messaggeri Fosforilano LEGENDA Proteine TK = Tirosina chinasi AE = Enzima amplificatore G = Proteina G Risposta cellulare Molecole segnale extracellulari LEC Canale controllato dal ligando Integrina Regione recettoriale Recettore accoppiato a proteine G Membrana cellulare Proteina di ancoraggio Proteina G Regione enzimatica LIC Citoscheletro Il legame del ligando apre o chiude il canale. Il legame del ligando a un recettore-enzima attiva un enzima intracellulare. Il legame del ligando a un recettore accoppiato a proteine G apre un canale ionico o altera l'attività enzimatica. Il legame del ligando a recettori costituiti da integrine altera il citoscheletro.

Modulazione degli ormoni steroidei

Vaso sanguigno Recettore sulla superficie cellulare Ormone steroideo 2a Risposte rapide 1 2 Proteina di trasporto Nucleo Recettore citoplasmatico Recettore nucleare DNA Liquido interstiziale 3 Reticolo endoplasmatico La trascrizione produce mRNA 5 4 Nuove proteine Traduzione

1. La maggior parte degli steroidi idrofobi è legata a proteine di trasporto nel plasma. Solo l'ormone libero può diffondere nella cellula bersaglio.
2. I recettori degli ormoni steroidei sono localizzati tipicamente nel citoplasma o nel nucleo.
3. a Alcuni ormoni steroidei si legano anche a recettori di membrana che attivano sistemi di secondi messaggeri, producendo risposte cellulari rapide.
4. Il complesso recettore-ormone si lega al DNA e attiva o reprime la trascrizione di uno o più geni. Membrana cellulare
5. I geni attivati sono trascritti a nuovo mRNA che diffonde nel citoplasma.
6. La traduzione produce nuove proteine per processi cellulari.

Trasduzione del segnale

La traduzione del segnale converte il segnale da una forma a una forma differente. LEC Molecola segnale Canale ionico legame Recettore di membrana Segnale esterno Radioonde L Trasduzione del segnale da parte di proteine Canale ionico Recettore Enzimi amplificatori modifica Trasduttore Molecole di secondo messaggero LIC Proteinchinasi Aumento di Ca2+ intracellulare Amplificatore Risposte F Onde sonore Un ligando è amplificato in molte molecole intracellulari. Proteine fosforilate Proteine leganti il calcio Risposta cellulare Il complesso recettore-ligando attiva un enzima amplificatore.

1. attivazione LEC Membrana cellulare R LIC Radio

Secondo messaggero: AMPc

Liquido extracellulare Messaggero Adenilato ciclasi

1. Recettore
2. B Y GTP
3. Proteina G GDP GTP CAMP ATP
4. Attiva Protein chinasi A
5. Proteina + Proteina- P + ATF ADP
6. Risposta cellulare Numero totale di prodotto

Amplificazione del segnale AMPc

1. Una molecola di messaggero 10

Ogni proteina G attiva una molecola di adenilato ciclasi 10 porta a ... CAMP Ogni molecola di adenilato ciclasi produce centinaia di molecole di cAMP 5000 Protein chinasi A Ogni molecola di CAMP attiva una protein chinasi A 5000 Proteina fosforilata Ogni protein chinasi A fosforila centinaia di proteine 2.500.000 fosforilazione di milioni di proteine Citosol BBYY Vengono attivate diverse proteine G Adenilato ciclasi GDP

Secondo messaggero: IP3

Messaggero Liquido extracellulare

1. Recettore Fosfolipasi C
2. a PIP2 DAG
3. IP3 GDP GTP
4. b Proteina G
5. a Ca2+ ATP + proteina ADP + proteina- P 16
6. a Calmodulina Risposta cellulare
7. b Lume del reticolo endoplasmatico Protein chinasi Risposta cellulare (contrazione, secrezione) Proteina- P Membrana del reticolo endoplasmatico Risposta cellulare (contrazione, metabolismo, trasporto) Citosol

Il rilascio di calmodulina a partire dal IP3 è essenziale per attivare eventi cellulari legati alla regolazione del calcio intracellulare e alla trasduzione del segnale che influenzano molteplici funzioni cellulari come la contrazione muscolare, il metabolismo, la plasticità sinaptica e la regolazione del ciclo cellulare. Protein chinasi C

Confronto tra cAMP e IP3

GDP GTPCAMP IP3 Agisce Nel citoplasma Nel citoplasma e sul reticolo endoplasmatico Produzione Da ATP, grazie all'adenilato ciclasi Da un lipide di membrana, grazie alla fosfolipasi C Cosa attiva Protein chinasi A Libera calcio (Ca2+) dai depositi interni Effetto Es: Aumenta battito cardiaco, attiva enzimi Es: Contrazione muscolare, secrezione, segnali nervosi Risposta Più lunga, coinvolge tante proteine Spesso più veloce e legata al calcio

Segnalazione da parte del Ca2+

LEC Ca2+ Segnale elettrico Apertura di canali del Ca2+ voltaggio dipendenti Ca2+ rilasciato da depositi intracellulari di Ca2+ Ca2+ Ca2+ aumenta nel citosol Segnale chimico Ca2+ si lega a proteine Calmodulina Altre proteine leganti il Ca2+ LIC Alterazione dell'attività di proteine Esocitosi Movimento