Molecule informationale

Mesagerii chimici denumiti si molecule semnal transmit mesajele intercelulare

Sunt produşi de o anumită celulă ca răspuns la un stimul specific şi sunt transmişi unei celule-ţintă care recepţionează semnalul prin intermediul unui receptor specific generând un răspuns

În cazul sistemului nervos, aceşti mesageri chimici sunt denumiţi Neurotransmiţători

Sistem endocrin- Hormoni

Sistem imun- Citokine

Alti mesageri: retinoizi, eicosanoizi, factori de creştere

În funcţie de distanţa dintre celula secretoare şi celula ţintă mesagerii sau semnalizarea poate fi clasificată astfel:

semnalizare endocrina-semnaleleajung la celula prin sange dupa ce au fost produse si secretate intr-o granda cu secretie interna

semnalizare paracrina-semnalele produse de o celula influenteaza activitatea celulelor din jur

semnalizare autocrina-o celula isi automoduleaza activitatea prin secretia de factori umorali

Receptorii şi transducerea semnalului

Receptorii sunt proteine conţinând un situs de legare specific pentru un singur mesager chimic şi un alt situs de legare implicat în transmiterea mesajului

Al doilea situs de legare poate interacţiona cu o altă proteină sau cu ADN.

Receptorii pot fi:

A. Membranari care străbat membrana celulară şi conţin un domeniu extracelular de legare a mesagerului

-Ionotropici(canale ionice)

-metabotropici

-cuplati cu proteine G-cuplati cu enzime (kinaze)

B. Intracelulari- pentru mesagerii capabili să difuzeze în celulă

-citoplasmatici (de obicei pt meageri secunzi)

-nucleari

Receptorii hormonali sunt prezenti in diferite zone ale celulei in functie de natura hormonului:

1. Pentru hormonii hidrosolubili, care nu patrund in celulele tinta, mesajul strabate membrana plasmatica datorita interventiei unei proteine receptor integrata in membrana

Aceasta asigura eliberarea unui mesager secund care ce transmite mesajul hormonal unor enzime sau proteine intracelulare = transducerea semnalului

2. pentru hormonii liposolubili care strabat membrana plasmatica, receptorii sunt situati intracelular, frecvent in nucleu

Intensitatea raspunsului celular la un mesaj extern depinde de numarul de receptori si de gradul de ocupare al acestora cu liganzi

Receptor:

-proteina situate in membrane/citoplasma/nucleu

-legarea unei molecule (=ligand) determina modificarea confomationala a acestuia-> cascada de alte modificari ale unor component celulare cu rezultatul final un raspuns cellular

Ligand

-molecula care se leaga cu un grad mai mic sau mai mare de specificitate de un anumit receptor

-iganzii pot fi

-agonisti-determina activarea receptorului

-antagonisti-determina inactivarea/blocarea receptorului

Legarea liganzilor la receptori:

Receptorii hormonali sunt intr-o stare dinamica, numarul lor per celula fiind variabil, in raport cu diferiti factori:

1. numarul de receptori este reglat de nivelul hormonului în sânge:

Un nivel ridicat al prelungit al hormonului în sânge diminuă nr de receptori, realizându-se o desensibilizare a ţesutului la hormonul respectiv = down-regulation

o crestere a numarului de receptori la o expunere prelungita la hormon = up-regulation

Un alt mecanism de reglare a nr de receptori consta in modificarea prin fosforilare, reactie catalizata de kinaze specifice. Ex: receptorul beta-adrenergic este inactivat prin fosforilare la resturile de serina ale complexului H-R

Receptorii insulinei si ai STH prezinta activitate proteinkinazica, fiind in acelasi timp si substratul acestor enzime. Fixarea hormonului la receptor determina autofosforilare cu alterarea functiei sale

Proteina receptor are activitate de tirozin-kinaza (protein-kinaza) in forma fosforilataCategoria curpinde receptori pt factori de crestere, hormone, cytokineExemplu: receptorul pt insulina

Receptorii formează cu hormonii un complex hormon-receptor care prezinta urmatoarele particularitati:

- se realizeaza prin forte necovalente- reactia de formare este reversibila, receptorul putand fi eliberat- interactiunea hormon-receptor se caracterizeaza printr-o inalta specificitate, ceea ce explice interactiunile de mare finete ale hormonilor

A. Majoritatea receptorilor membranari sunt:

Receptori ai canalelor ioniceReceptori ai tirozin-kinazeiReceptori ataşaţi tirozin-kinazei (JAK-STAT receptors)Receptori ai serin-threonin-kinazeiReceptori heptahelicali (cu 7 helixuri transmembranare) etcCând un mesager chimic se leagă la un receptor semnalul generat trebuie transformat într-un răspuns intracelular. Această conversie poartă numele de transducere a semnalului.

Mesager primar

-ligandul care, prin legarea de receptor, declanseazao cascada demodificari care are ca effect final un raspuns cellular

Mesager secundar

-molecule sintetizate in urma activarii receptorului de catre mesagerul primar

-activeaza un sistem enzimatic cu rol in raspunsul cellular

-au rol de amplificare a semnalelor

B.Transducerea semnalului pentru receptorii intracelulari

Cea mai mare parte a receptorilor sunt factori de transcriere, proteine care se leagă la ADN şi reglează transcrierea anumitor gene (proces copiere a informaţiei genetice din AND în ARN)

A.Transducerea semnalului pentru receptorii membranari-mecanisme:

Fosforilarea receptorilor la nivelul resturilor de tirozină= activitate tirozin- kinazică

Modificari conformaţionale ale proteinelor transductoare de semnal ( proteinele heterotrimerice G, proteina Ras G monomerica etc)

Creşteri ale nivelului de mesageri secundari intracelulari

Mesagerii secundari sunt molecule non-proteice generate intracelular ca răspuns la ataşarea hormonului care continuă transmiterea mesajului

Exemple:

cAMP (adenozinmonofosfatul ciclic)

IP3 (inozitol trifosfat) DAG (diacilglicerol) Semnalizarea necesită frecvent un răspuns rapid şi o finalizare rapidă a mesajului prin: Degradarea mesagerului sau a mesagerului secundar Automatic G protein clock Dezactivarea kinazelor transductoare ale mesajului de către fosfataze etc

Receptorii ionotropici sau ai canalelor ionice

-> EFECTE CELULARE

Receptori nicotici pt Ach Receptori pt GABA(GABAa,c) Receptori pt glicina Receptori pt serotonina Receptori pt glutamate (AMPA, NMDA, rec. pt kainat) Receptori ptATP (P2X)

Receptorul acetilcolinei

Acetilcolina, Ach este un neurotransmiţător care acţionează pe receptorii nicotinici pentru acetilcolină de pe membrana plasmatică a anumitor celule musculare

Ca răspuns la potenţialul de acţiune, Ach este eliberată din terminaţiile nervoase şi sechestrată în vezicule în vecinătatea zonei active a membranei presinaptice

Ach difuzează spre fanta sinaptică pentru a se lega de receptorii nicotinici membranari de pe celulele musculare

Cascada de evenimente va antrena contracţia fibrei musculare

După ce încetează secreţia de Ach, mesajul este terminat prin:-acţiunea acetilcolinesterazei, enzimă localizată pe membrana postsinaptică, ce scindează Ach sau prin -difuzia Ach înafara spaţiului sinaptic

A.Receptori membranari2 Grupe:1. Receptori înrudiţi cu receptorul adrenergic:

- receptorii pentru catecolamine - receptorii pentru Ach de tip muscarinic - receptorii pentru serotonină - rodopsina (receptorul din retină )

Receptorul beta-adrenergic-Proteină transmembranară-N-terminal cu 2 lanţuri oligozaharidice legate de 2 resturi de Asn-7 segmente helicoidale, hidrofobe, transmembranare, paralele între ele-Aceste segmente formează trei bucle extracelulare şi trei bucle intracelulare

Segmentul N-terminal este extracelular, iar segmentul C-terminal este intracelular; fosforilat la resturile de serina de o kinaza specificaSitusul de legare a hormonului, H este situat pe faţa externă a R format dintr-un buzunar localizat intre elicele transmembranare

O bucla intracelulara participa la traducerea semnalului extern prin intermediu proteinei G

Receptorii pentru Ach de tip muscarinic:

Ach utilizează două tipuri de recpetori: nitonici, sensibili la nicotina şi muscarinici sensibili la muscarinăCei de tip nicotinic mediază actiunile Ach la nivelul joncţiunilor n-m, fiind implicati în contracţia muschilor striatiCei muscarinici de tip M1, M2 şi M3 aparţin familiei de R cu 7 segmente helicoidale transmembranareAu rol în transmiterea interneuronală a mesajelor, contractia muschilor netezi, secretia endocrina si exocrina a unor glande

A.Receptori membranari

2. Receptori cu activitate protein-kinazică tirozin-specifică

În funcţie de secvenţa de aa, structura tridimensională sau similitudinea liganzilor sunt divizaţi în 4 clase:- subclasa 1: receptorul factorului epidermal de creştere (EFG)- subclasa 2: receptorii insulinei (IGF-1)- subclasa 3: receptorii factorului de creştere ai fibroblaştilor (FGF)- subclasa 4: mai multe tipuri de R

Receptorul insulinei

Receptorii pentru insulină sunt glicoproteine cu greutatea moleculară de 340.000 de daltoni

Ei sunt heterotetrameri şi sunt formaţi din: - 2 subunităţi α, - 2 subunităţi β

Subunităţile se leagă între ele prin punţi disulfurice (S-S)Subunităţile alfa (α) se localizează extracelular, glicozilate şi prezinta o singura regiune bogata in CysSubunităţile beta (β) penetrează membrana celulară; au capătul N-terminal extracelular, un segment transmembranar şi capetele C-terminale în citoplasmă

Un receptor fixează câte o moleculă de insulină la capătul N-terminal al fiecărei subunităţi α, ceea ce însemnă că un R insulinic fixează două molecule de insulină.Manifesta activitate protein-kinazica după ocuparea situsului extracelular cu ligandAceastă activitate este localizată în două domenii intracelulare ale lanţurilor betaAutofosforilarea se produce la două resturi de Tyr ale lanturilor beta cu cresterea eficientei ca protein-kinazăAceasta va determina fosforilarea unei proteine intracelulare care exprima in final raspunsul biologic la impactul hormonalActivitatea protein-kinazica tirozin-specifica este prezenta la R care au rol in cresterea si diviziunea celulara

Receptorii nucleari

Sunt receptorii hormonilor steroizi şi tiroidieni, în general ai hormonilor hidrofobi care traverseaza usor membrana celulară

Primul receptor nuclear (NR) a fost identificat biochimic in 1960 si este cel pentru estradiol

Superfamilia receptorilor nucleari, din punct de vedere evolutiv, a fost divizata in sase subfamilii diferite

Cea mai extinsa cuprinde receptorul hormonului tiroidian (TR), receptorul acidului retinoic (RAR), receptorul vitaminei D (VDR) si receptorul activator al proliferarii peroxizomale (PPAR), precum si alte orfanide

A II-a subfamilie contine receptorul retinoidului X (RXR), factorul de transcriere pentru promoterul ovalbuminei de galinacee (COUP), factorul 4 nuclear hepatocitar (HNF-4), receptorul testicular (TR2), receptorii implicati in dezvoltarea ochiului, TLX (tailles related receptors) si PNR (fotoreceptor – receptor nuclear specific).

A III-a subfamilie este formata din receptorii steroidieni si receptorii de tip estrogenic (ERR)

Subfamiliile IV-VI contin receptorii orfanidici de tipul clona B-NGF indusa (NGFI-B), factorul 1 steriodogenic / factorul 1 Fushi – Tarazu (FTZ- 1/SF-1) si factorul nuclear al celulei germinative (GCNF)

Mecanismul de actiune al receptorilor nucleari

B) Exista si cai alternative de activare ale receptorilor nucleari independente de ligand

Unii receptori sunt activi constitutional in timp ce activitatea altora este modulata in principal, de exemplu, prin fosforilarea mediata de hormonii si factorii de crestere care stimuleaza diferite cai de transducere a semnalului.

A/B = domeniul modulator ce cuprinde un situs de activare a transcriptiei independent de fixarea ligandului;

C = domeniul de legare a ADN-ului, compus din 2 module : pentru Zn si o extensie C-terminala (CTE), implicata in recunoasterea locului de legare a ADN-ului si dimerizarea receptorilor nucleari ;

LBD – domeniul de atasare a ligandului

Este un domeniu multifunctional care, pe langa atasarea ligandului, mediaza homo-si heterodimerizarea, interactiunea cu proteinele de soc termic, activitatea transcriptionala dependenta de ligand si, in unele cazuri, represia transcrierii hormon – reversibile

Contine doua regiuni bine conservate: un motiv –emblema sau Ti si motivul AF-2 al capatului C-terminal responsabil pentru activarea transcrierii dependenta de ligand

Analiza cristalografica a LBD a identificat 12 regiuni de alfa-helix (H1—H12). Intre H5 si H6 exista o structura de tip beta. Structurile legate sunt mult mai compacte decat cele nelegate, dupa atasarea ligandului producandu-se modificari conformationale

DBD – domeniul de legare a ADN-ului

Reprezinta domeniul cel mai bine conservat al receptorilor nucleari ce confera abilitatea de recunoastere a secventelor-tinta specifice, precum si de activare a transcrierii genelor.

Contine noua cisteine si alte reziduuri cu afinitate inalta in legarea ADN-ului, doua portiuni de zinc finger formate din 60-70 aminoacizi alaturi de CTE (COOH-terminal extension) cu asa-numitele cutii T si A

HRE-elemente de raspuns hormonal

Receptorii nucleari regleaza transcrierea prin atasarea in genele-tinta de secventele ADN-specifice denumite HRE

Desi unii receptori monomerici se ataseaza unui singur motiv hexameric, majoritatea receptorilor homo-sau heterodimerizeaza

DBD-ul reuneste doua helixuri. Primul, incepand cu al 3-lea reziduu cisteinic, helixul de recunoastere, leaga ADN-ul intrand in contact cu baze specifice

Al II-lea, ce cuprinde capatul –COOH al celui de al II-lea zinc finger, formeaza un unghi drept cu helixul de recunoastere. In cazul RXR, s-a identificat si un al III-lea helix in CTE

Receptorii hormonilor tiroidieni. Inhibitia dominant negativa a axului hipotalamo –hipofizo – tiroidian

Generalitati despre rezistenta tiroidiana

Secretia tireotropinica (TSH) si, prin urmare, a hormonilor tiroidieni, tiroxina (T4) si triiodotironina (T3), este reglata printr-un mecanism de feed-back negativ, declansat de legarea lui T3 la propriul sau receptor situat in nucleul celulelor tireotrope ale glandei pituitare anterioare

Elementele de baza in reglarea functiei tiroidiene

TRH= tireoliberina. Sinteza de TRH e reglata direct de hormonii tiroidieni.T4 este produsul de secretie predominant al glandei tiroide, cu deiodinare periferica (T4 T3) in ficat si rinichi suplinind in proportie de 80% T3-ul circulant. Atat T3 cat si T4 inhiba sinteza si eliberarea de TSH. T4 este rapid convertit la T3. SRIH = somatostatina

Rezistenta la hormonii tiroidieni

Reprezinta o patologie rara, in general familiala, cu transmitere autosomal - dominanta care, din punct de vedere biochimic, se caracterizeaza prin:

cresterea nivelului sangvin de hormoni tiroidieni acompaniata de o secretie de TSH inadecvata (independenta de feed-back-ul negativ sau inhibitia dominant-

pozitiva) Se disting 2 forme majore de rezistenta: generalizata (GRTH) si hipofizara (PRTH).

Receptorii hormonilor tiroidieni (TR)

Receptorii tiroidieni au fost clonati in 1986 si au fost relevati ca omologi celulari ai unei oncoproteine retrovirale aviare, c-erbA

Codificarea lor deriva din 2 gene, c-erbA alfa si c-erb A beta, cu multiple izoforme (58). Genele de pe cromozomii 17 si 3 genereaza fiecare molecula de TR-alfa, respectiv TR-beta cu similaritati structurale si secventiale substantiale

Fiecare gena produce doua izoforme alfa-1 si alfa-2; beta-1 si beta-2 prin splicing alternativ.

TR alfa-2 predomina in SNC, miocard, muschi scheletic, TR beta-1 in ficat si rinichi, TR beta-2 in hipofiza si hipotalamus (11). C-erbA alfa-2 se ataseaza la nivelul elementelor responsive specifice (TRE), dar nu leaga T3 si este forma cea mai abundenta in creier

Cea mai comuna forma a RTH cu transmitere dominanta, se caracterizeaza prin defecte minore ale unei alele a genei TR beta, venind in contradictie cu indivizii la care pierderea completa a unei alele a TR-beta nu modifica fenotipul TRH-ului.

Antagonistii hormonilor tiroidieni

Prezinta utilitate clinica in statusul de hiperhormonemie tiroidiana, precum si in alte conditii

S-a sintetizat acidul 3,5-dibromo-4- (3 ‘,5’-diizopropil-4-hidroxifenoxibenzoic) cu slaba activitate de agonist al TR beta si fara proprietati de agonist pentru TR alfa si care blocheaza legarea T3 la TR, atat prin diminuarea efectului pozitiv al T3 la nivelul elementelor de raspuns (TRE) specifice ale hormonilor tiroidieni, cat si prin reducerea raspunsului represor al T3 asupra TSH beta in culturile de celule

Terapia curenta pentru hipertiroidism are efect de blocare la mai multe nivele: al descarcarii hormonilor tiroidieni de catre tiroida, al conversiei periferice a hormonului T4 la T3 si al receptorilor beta-adrenergici

Blocarea eliberarii de hormoni tiroidieni necesita mai multe saptamani pentru ca hormonemia obtinuta sa se exprime clinic

Similar, efectul blocarii conversiei T4-T3 si a raspunsului beta-adrenergic este incomplet. In schimb, antagonizarea directa a TR amelioreaza atat timpul cat si raspunsul incomplet al beta-blocantilor. Studiile precedente nu au relevat un antagonist deplin al TR

Amiodarona-antagonist TR

Amiodarona, antiaritmic cardiac si metabolitul sau dezetilamiodarona au fost prezentati ca avand activitate antagonistica pentru TR. Nu blocheaza atasarea T3 la TR, in vitro, iar inhibitia raspunsului mediat de hormonii tiroidieni in vivo este necompetitiva si poate interesa transportul T4 prin membrana celulara

In plus, este toxica celular la IC50. Dezetilamiodarona functioneaza ca inhibitor competitiv al legarii T3 la hTR alfa si non-competitiv in atasarea T3 la hTR beta, in vitro si blocheaza interactiunile TR cu proteinele coactivatoare, proteina-1 de interactiune cu receptorii glucocorticoizilor (GRIP1)

Receptorul pentru TSH

TSH-ul cuprinde doua subunitati diferite (alfa si beta) legate necovalent. In timp ce subunitatea alfa glicoproteica este identica pentru LH, FSH si CG, subunitatea beta este specifica pentru fiecare din acesti hormoni, influentand capacitatea de legare si actiunea hormonala

Gena pentru TSH-beta este localizata pe cromozomul 1p22. Activitatea biologica necesita heterodimerizare. Reziduurile C19 si C105 ale subunitatii beta sunt implicate in interactiunea cu subunitatea alfa, avand rol in mentinerea integritatii structurale a moleculei de TSH, esentiala pentru legarea receptorului si activitatea biologica.

Receptorul pentru TSH hipotiroidismul central

Hipotiroidismul central se datoreaza atat sintezei scazute de TSH cat si TSH-ului cu activitate biologica improprie

Uneori, cresterea concentratiei plasmatice a TSH-ului aberant poate compensa activitatea biologica neadecvata sau concentratia TSH-ului plasmatic in prezenta altor hormoni glicoproteici e practic nedetectabila

Inactivitatea completa a TSH-ului la hipotiroidieni poate fi consecinta unei mutatii Gly29Arg in regiunea subunitatii beta a TSH-ului implicata in asocierea cu subunitatea alfa. Au fost descrise si alte mutatii punctuale si deletii care introduc semnale de terminare premature in genele de codare pentru subunitatea beta, rezultand fragmente TSH inactive

Mecanismul de acţiune al hormonilor

Funcţiile reglatoare ale hormonilor la nivel celular se exercita prin modularea activitatii unor proteine (enzime, proteine de transport etc)

Mecanismul de actiune este diferit in functie de natura lor, tipul si localizarea R; 3 grupe:

1. Hormonii steroizi; tiroidieni2. H polipeptidici si catecolaminele3. H ce actioneaza prin R cu activitate protein-kinazica tirozin-specifica

1.Hormonii steroizi şi tiroidieni

R acestor hormoni sunt localizaţi în nucleu. După formarea complexului H-R, acesta actioneaza asupra HRE activând sau inhibând transcrierea unor geneEfectul inductor al acestor hormoni are consecinţe asupra organismului întregHormonii tiroidieni, pe lângă sinteza unor proteine specificate de genele nucleare, au capacitatea de a acitiva şi sinteza unor proteine codificatea de genomul mitocondrial, cu rol important în procesele de oxido-reducere

Receptori nucleari (factori de transcriere)

Activarea lor influenteaza direct transcrierea informatiei din AND in ARN(receptorul activat se leaga direct de AND si influenteaza transcrierea genelor adiacente)Exemple:-receptori hormonali: hormone corticoizi, hormone tiroidieni, estrogeni-receptori pt unii factori de crestere-receptori pt retinoizi

2. Hormonii polipeptidici si catecolaminele.Sistem transductor.

Activat de formarea complexului H-R; alcătuit din:

A. Sistemul de cuplare (proteinele G) al H-R cu B. sistemul efector (adenilat ciclaza)C. Mesagerii secunzi (cAMP)D. Proteinele-ţintă ce determină răspunsul biologic

-> EFECTE CELULARE

Foarte multe tipuriImplicatii in:-perceptia vizuala si olfactiva-neurotransmisia vegetative si in sistemul nervos central (roluri modulatoare, frecvent)-roluri modulatoare in lanturile de semnalizare ale sistemului imunExemple:-receptori muscarinici pt Ach-receptori muscarinici pt GABA

A. Sistemele de cuplareAu rolul de a cupla complexul H-R cu un sistem efector

1. Proteinele G

Proteine membranare care leaga GDP sau GTP

Heterotrimere: α (contine situsul de legarea al GDP), β, γ

GDP-αβγ= forma inactiva a proteinei; cH-R actioneaza asupra pG inactive pe care o activeaza

GDP-αβγ(proteina G inactiva) GTP+GDP GTP-α + βγ(proteina G activa)

Proteinele G-tipuri:

Gs-activeaza adenilat-ciclaza (AC) generatoare de cAMP Gi- inhiba AC cu scaderea cAMP în celulăGp- cupleaza cH-R cu sistemul efector al fosforilazei C ce determina formarea DAG si IP3, mesageri secunziGt cuplata cu rodopsina=transducina

A.Sistemele de cuplare.Monoxidul de azot.

Sistem de cuplare al c H-R cu sistemul efector al guanilat-ciclazei citoplasmatice

NO sau EDRF (endothelium- derived relaxing factor), hormon paracrin pt celule, factor reglator al presiunii sangvine, mediaza citotoxicitatea, implicat in neurotransmisie

Sintetizat pe seama Arg, cu participarea NO-sintetazei

Activeaza in celulele-ţintă GC-aza citoplasmatica, iar cGMP format mediaza relaxarea muschilor netezi

B. Sisteme efectoare

Genereaza mesagerii secunzi intracelulari

3 sisteme:

Adenilat ciclaza Guanilat ciclazaFosfolipaza C (PLC)

B. Sisteme efectoare.Adenilat ciclaza.

Prezenta in toate organismele; in membrana plasmatica (pe fata citoplasmatica); cuplata cu proteinele Gs sau Gi

Gs, prin subunitatea αs activeaza AC-aza cu cresterea cAMPGi, prin subunitatea αi reduce [cAMP]

B. Sisteme efectoare.Guanilat ciclaza.

Hormonii care activeaza adenilat ciclaza sunt: glucagonul, ACTH, parathormonul, adrenalina prin receptori P -adrenergici, etc.Hormonii care inhiba activitatea adenilat ciclazei sunt: catecolaminele prin receptori a2-adrenergici, angiotensina II, somatostatina, opiaceele, etcEnzima sau sistemul efector care produce sinteza cGMP pe seama GTP

GTP PPi cGMP Guanilat-ciclaza

Prezenta in multe celule; 2 tipuri:

Citoplasmatica- Guanilat ciclaza citosolica , este solubila si reprezinta sistemul efector pentru monoxidul de azot (NO). Membranara- atât receptor (domeniul extracelular) cât şi efector care genereaza mesagerul secund

Domeniul intracelular manifesta activitate guanilat ciclazica numai dupa ocuparea situsului cu receptorHormonii recunoscuti de acest R determina cresterea [cGMP] intracelulare, care, prin intermediul unei protein-kinaze si a unei fosforilari succesive induce raspunsul celularFactorul atrial natriuretic (un hormon ce contine 28 de aminoacizi) este secretat de celulele cardiace atriale la diverse semnale si actioneaza la nivelul rinichiului si a zonei glomerulare a medulosuprarenalelorRaspunsul celular ca urmare a actiunii hormonale este reprezentat de cresterea volumului urinar, cresterea eliminarii de Na+, scaderea secretiei de renina si aldosteron ANF stimuleaza GC-aza in celulele tinta, creste [cGMP]; relaxarea muschilor netezi

Sisteme efectoare.Fosfolipaza C.

Acest sistem efector este alcatuit din: -receptori hormonali, -proteine Gp, -fosfolipaza C - hidrolaza activata de Gp, prin subunitatea αp care scindeaza legaturile

fosfodiesterice din fosfatide) - proteinkinaza C.

Actioneaza asupra fosfolipidelor membranare formand DAG si IP3, mesageri secunzi pentru nuemrosi hormoni

Mesagerii secunzi.cAMP.

Produsi de sistemele efectoare, actioneaza asupra proteinelor-tinta determinând răspunsul celularcAMP- mesager secund pentru numerosi hormoni

ATP cAMP + PPi

Adenilat ciclaza

In conditii normale [cAMP] intracelulara este mica; un semnal hormonal determina cresteri importante ale concentratiei acestuia

AMPc are o viata scurta deoarece este descompus rapid prin hidroliza la AMP. Fosfodiesteraza (PDE) este enzima ce catalizeaza aceasta reactie de hidroliza:

cAMP HOH AMP

PDE

AMPc-ul a fost descoperit in 1950 de catre Earl Sutherland si a fost primul compus cu rol de mesager secundar.

Fosfodiesteraza este activata de: Ca +, prostaglandine, insulina, IGF, etc si este inhibata de hormonii steroizi, hormonii tiroidieni, metilxantine (cafeina, teofilina, etc)

Teofilina din ceai si cafeina din cafea ca inhibitori ai fosfodiesterazei, explica efectul stimulator al acestor produsi, in sensul ca pentru AMPc ele mimeaza in celula efectul hormonului prelungind actiunea acestuia

Durata de viata a AMPc depinde atat de activitatea adenilat ciclazei cat si de cea a fosfodiesterazelor.

Rolul AMPc este de a controla exprimarea unor gene, prin legarea sa la o proteina reglatoare (la procariote) sau activeaza protein-kinaze specifice, de exemplu proteinkinaza A (la eucariote)

Semnal extern (H ce util cAMP ca mes.II)/ Tesut/ Raspuns

Glucagon — Ficat ---- Glicogenoliza, gluconeogeneza Catecolamine (prin Rβ)---Ficat----Glicogenoliza Catecolamine (prin Rα2)--- Tesut adipos,Os--- Lipoliza Hipercalcemie Parathormon --- Tiroida---- Secretie de T4 si T3 TSH----Gonade--- Secretie de hormoni sexuali Gonadotropine (LH, FSH), ACTH---- Corticosuprarenala--- Secretie de cortisol

Activare

PKA este o holoenzima alcatuita din dimerul subunitatii reglatoare (R), având fiecare monomer legat la o subunitatea catalitica. La concentratii mici de cAMP, the holoenzima rămâne intactă şi inactiva catalitic

Când [cAMP] creste (activarea AC-azei de R cuplati proteinei G atasati la Gs, inhibarea PDE care degradeaza cAMP), cAMP se fixeaza la cele doua situsuri de legare de pe subunitatile reglatoare, cu eliberarea subunitatilor catalitice

Pentru o activitate optima, fiecare subunitate catalitica trebuie sa fie fosforilata la nivelul Thr 197, resturile catalitice fiind orientate spre situsul activ

Subunitatile catalitice libere interactioneaza cu proteinele pentru a fosforila reziduurile de Ser sau Thr

Inactivarea PKA prin mecanism feedback:

PDE, unul dintre substratele activate de kinaza, converteşte cAMP la AMP reducând cantitatea de cAMP care ar putea activa protein kinaza A

Astfel, PKA este controlata de cAMP. Subunitatea catalitică este inactivată prin fosforilare.

GMPc, este sintetizat prin reactia catalizata de guanilat ciclaza (GC-aza) din GTP si este descompus prin reactia catalizata de GMPc-fosfodiesteraza

Efectele GMPc in multe cazuri antagonizeaza cu cele produse de AMPc.

GMPc este mediatorul semnalelor luminoase in celulele retiniene (cu conuri si bastonase)

Semnalul luminos receptat de rodopsina prin intermediul unei proteine din familia G (Gp-transducina) determina activarea GMPc-fosfodiesterazei si are loc scaderea concentratiei intracelulare de GMPc

In urma acestui proces are loc inchiderea canalelor pentru Na+, creste concentratia acestora intracelulara si are loc o hiperpolarizare a membranei care se va constitui in senzatia de lumina.

C. DAG şi IP3

Fosfolipaza C (PLC), este o enzima din membrana plasmatica care catalizeaza reactia de hidroliza a fosfatidil inozitol 4,5-bisfosfat (PIP2) care este un fosfolipid membranar:

Cei doi produsi de reactie IP3 si DAG actioneaza ca mesageri secunzi pentru hormonii ai caror receptori sunt cuplati cu proteinele Gp

IP3 este la pH-ul fiziologic un polianion, puternic hidrofil, difuzeaza in citosol unde prin deschiderea unor canale ionice determina eliberarea de Ca2+ din reticulul endoplasmatic in citosol;

IP3 determina cresterea [Ca 2+] în muschii netezi cu interacţiunea actina-miozina si contractia musculara

Diacilglicerolul (DAG) este un compus liposolubil, ramane ancorat de membrana plasmatica de unde activeaza proteinkinaza C.

IP3-receptori citoplasmatici

Sunt receptori activati de mesageri secunzi in lanturile de semnalizare

Exemple:

-receptorul pt IP3 din RE

-receptorul ryanodinic din fibra musculara striata sau miocardica

C. DAG şi IP3

Hormonii ce au ca mesageri secunzi IP3, DAG, Ca2+ sunt: catecolaminele, acetilcolina prin receptori muscarinici, gastrine, colecistokinina, hormonul eliberator al gonadotropinelor, etc.

Proteinkinaza C este o proteina ce se gaseste in membrana plasmatica. Prezinta mai multe izoforme. Unele sunt activate numai de DAG, altele necesita pentru activare si ioni de Ca2+. Are specificitate pentru resturile de serina sau treonina, dar diferite de cele fosforilate de proteinkinaza A.

C. Ca2+

Ca2+ mediaza efectele intracelulare ale multor hormoni sau ale unor semnale nervoase. Concentratia citosolica este foarte mica, aproximativ 10-7- l0-6M, iar concentratia calciului extracelular este de 10-3 M.

Concentratia calciului intracelular este mentinuta mica prin:-functionarea unor pompe de Ca2+, care scot calciul din celula- mecanisme ce depoziteaza Ca2+ in mitocondrii si in reticulul endoplasmic - in mod natural membranele biologice au permeabilitate foarte mica pentru cationi.

Nivelul scăzut al calciului in citoplasma previne formarea fosfatilor de calciu greu solubili

Rolurile reglatoare ale Ca2+sunt mediate de proteine specifice: calmodulina sau troponina C

Troponina C este o proteina inrudita cu calmodulina, componenta a aparatului contractil al muschilor striati

Troponina C impiedica asocierea actina-miozina; dupa legarea Ca2+, sufera o modificare conformationala ce permite asocierea actina-miozina si contractia muschiului..

Calmodulina, este o proteina mica ce contine 148 aminoacizi, fiind prezenta in toate celulele eucariote

Poate fixa 4Ca2+/molecula. Fixarea celor 4Ca2+ de catre calmodulina determina trecerea acesteia intr-o conformatie mai compacta, activa, capabila sa interactioneze cu o alta proteina in care induce o tranzitie conformationala si astfel se modifica functia proteinei

Fixarea Ca2+ permite expunerea zonei nepolare a calmodulinei si interactiunea cu proteinele tinta

Complexul Ca2+-calmodulina: regleaza contractia musculaturii netedeactiveaza pompa de Ca2+ din membrana plasmaticaregleaza activitatea unor proteinkinazeinterfera in celelalte sisteme mesageriale prin reglarea activitatii adenilat ciclazei, guanilat ciclazei, fosfodiesterazelor, etc.

3. Hormoni ce acţionează prin R cu activitate protein kinazica tirozin-specifica

Dupa ocuparea situsului extracelular cu ligand se produce o autofosforilare la resturile de tirozina situate intracelular

Creste eficienta R ca protein-kinaza

In forma activa, R determina fosforilarea unor proteine icel. Cu generarea rasp. biologici

Proteina receptor are activitate de tirozin-kinaza (protein-kinaza) in forma fosforilata

Categoria curpinde receptori pt factori de crestere, hormone, cytokineExemplu: receptorul pt insulina