Transcript Receptori - WordPress.com

Receptori
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
Molecule informationale
 În cazul sistemului nervos, aceşti mesageri chimici sunt
denumiţi Neurotransmiţători
 Sistem endocrin- Hormoni
 Sistem imun- Citokine
 Alti mesageri: retinoizi, eicosanoizi, factori de creştere
Molecule informationale
 În funcţie de distanţa dintre celula secretoare şi celula ţintă
mesagerii sau semnalizarea poate fi clasificată astfel:

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
 B. Intracelulari- pentru mesagerii capabili să difuzeze în
celulă
Receptorii şi transducerea semnalului
Receptorii şi transducerea semnalului
 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
Receptorii şi transducerea semnalului
 Receptorii hormonali sunt prezenti in diferite zone ale celulei
in functie de natura hormonului:
 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
Receptorii şi transducerea semnalului
Legarea liganzilor la receptori
Receptorii şi transducerea semnalului
 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
Receptorii şi transducerea semnalului
 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
Receptorii şi transducerea semnalului
Receptorii şi transducerea semnalului
 Receptorii formează cu hormonii un complex hormonreceptor 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
Receptorii şi transducerea semnalului
 A. Majoritatea receptorilor membranari sunt:





Receptori ai canalelor ionice
Receptori ai tirozin-kinazei
Receptori ataşaţi tirozin-kinazei (JAK-STAT receptors)
Receptori ai serin-threonin-kinazei
Receptori heptahelicali (cu 7 helixuri transmembranare) etc
 Când un mesager chimic se leagă la un receptor semnalul
generat trebuie transformat într-un răspuns intracelular.
Această conversie poartă numele de transducere a
semnalului.
Receptorii şi transducerea semnalului
Mesager primar
Mesager secundar
mesagerul primar
Receptorii şi transducerea semnalului
 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 membranarimecanisme:
 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
Receptorii şi transducerea semnalului
 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)
Receptorii şi transducerea semnalului
 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
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
Căi de semnalizare a receptorilor ionotropici
Receptorul pentru acetilcolina
Receptorul pentru acetilcolina
 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. Receptorii membranari
 2 grupe:





1. Receptori înrudiţi cu receptorul adrenergic:
- receptorii pentru catecolamine
- receptorii pentru Ach de tip muscarinic
- receptorii pentru serotonină
- rodopsina (receptorul din retină )
Receptorii pentru catecolamine
Receptorul beta-adrenergic
NH3+
Spaţiul
extracelular
Membrana
celulară
Citosol
COO-
 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
Receptorul beta-adrenergic
 Segmentul N-terminal este
extracelular, iar segmentul
C-terminal este intracelular;
fosforilat la resturile de
serina de o kinaza specifica
 Situsul de legare a
hormonului, H este situat
pe faţa externă a R format
dintr-un buzunar localizat
intre elicele
transmembranare
NH3+
H
COO-
Receptorul beta-adrenergic
 O buclă intracelulară participă la transducerea semnalului
extern prin intermediul proteinei G
Receptorii pentru Ach de tip muscarinic
 Ach utilizează două tipuri de recpetori: nitonici, sensibili la
nicotina şi muscarinici sensibili la muscarină
 Cei de tip nicotinic mediază actiunile Ach la nivelul
joncţiunilor n-m, fiind implicati în contracţia muschilor
striati
 Cei muscarinici de tip M1, M2 şi M3 aparţin familiei de R
cu 7 segmente helicoidale transmembranare
 Au rol în transmiterea interneuronală a mesajelor, contractia
muschilor netezi, secretia endocrina si exocrina a unor
glande
A. Receptorii 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 Cys
Receptorul insulinei
 Subunităţile beta (β) penetrează
membrana celulară; au capătul Nterminal extracelular, un segment
transmembranar şi capetele Cterminale 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.
Receptorul insulinei
 Manifesta activitate proteinkinazica după ocuparea situsului
extracelular cu ligand
 Această activitate este localizată
în două domenii intracelulare ale
lanţurilor beta
 Autofosforilarea se produce la
două resturi de Tyr ale lanturilor
beta cu cresterea eficientei ca
protein-kinază
Receptorul insulinei
 Aceasta va determina
fosforilarea unei
proteine intracelulare
care exprima in final
raspunsul biologic la
impactul hormonal
 Activitatea proteinkinazica tirozinspecifica 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
Receptorii nucleari
 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).
Receptorii nucleari
 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
A
B
 A. Ligandul poate fi generat in trei moduri diferite:
 1. ligandul activ este sintetizat intr-un organ endocrin clasic
si patrunde in celula.
 2.ligandul poate fi generat pornind de la un precursor sau
prohormon situat in celula tinta.
 3. Ligandul poate fi un metabolit sintetizat in celula tinta.
Mecanismul de actiune al receptorilor nucleari
kinaze
 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.
Domeniile structurale ale receptorilor nucleari
 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 ;
Domeniile structurale ale receptorilor nucleari
 D = regiunea balama ce permite o rotatie intre domeniile C si
E pana la 180o; acest domeniu interactioneaza cu corepresorii ;
 E = domeniul de atasare a ligandului ce indeplineste
numeroase functii: fixarea liganzilor, dimerizarea
receptorilor, interactiunea cu proteinele de soc termic,
localizarea nucleara si activarea transcriptiei dependenta de
ligand;
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 secventelortinta 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 geneletinta de secventele ADN-specifice
denumite HRE
 Desi unii receptori monomerici se
ataseaza unui singur motiv
hexameric, majoritatea receptorilor
homo-sau heterodimerizeaza
DBD – domeniul de legare a ADN-ului
 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
Schema de functionare a receptorilor nucleari
 In absenta ligandului, NHR sunt deja fixati la ADN, iar capacitatea lor de
transactivare e inhibata de recrutarea co-represorilor si, indirect, a
histonelor dezacetilate
 Transcriptia e blocata din cauza compactarii cromatinice. Se formeaza un
complex de co-activatori ce decondenseaza cromatina si permite initierea
transcrierii
 C=domeniul de legare a ADN-ului
 E=domeniul de atasare a ligandului
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, cerbA
 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 TRbeta cu similaritati structurale si secventiale substantiale
 Fiecare gena produce doua izoforme alfa-1 si alfa-2; beta-1
si beta-2 prin splicing alternativ.
Receptorii hormonilor tiroidieni (TR)
 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 TRHului.
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-4hidroxifenoxibenzoic) 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
Antagonistii hormonilor tiroidieni
 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; tiroidieni
 2. H polipeptidici si catecolaminele
 3. 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 gene
 Efectul inductor al acestor hormoni are consecinţe asupra
organismului întreg
 Hormonii 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
1. Hormonii steroizi şi tiroidieni
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
Receptori cuplaţi cu proteina G- GPCR
A. Sistemele de cuplare





Au 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
GTP GDP


GDP-αβγ
Proteina G
inactiva
GTP-α + βγ
Proteina G
activa
Proteinele G-tipuri
 Gs-activeaza adenilatciclaza (AC) generatoare
de cAMP
 Gi- inhiba AC cu
scaderea cAMP în celulă
 Gp- cupleaza cH-R cu
sistemul efector al
fosforilazei C ce
determina formarea
DAG si IP3, mesageri
secunzi
 Gt cuplata cu
rodopsina=transducina
A. Sistemele de cuplare
Monoxidul de azot
 Sistem de cuplare al c H-R cu sistemul efector al guanilatciclazei citoplasmatice
 NO sau EDRF (endothelium- derived relaxing factor),
hormon paracrin pt celule, factor reglator al presiunii
sangvine, mediaza citotoxicitatea, implicat in
neurotransmisie
A. Sistemele de cuplare
Monoxidul de azot
 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 ciclaza
 Fosfolipaza C (PLC)
B. Sisteme efectoare
Adenilat ciclaza
 Prezenta in toate organismele; in membrana plasmatica (pe
fata citoplasmatica); cuplata cu proteinele Gs sau Gi
Adenilatciclaza
 Gs, prin subunitatea αs activeaza AC-aza cu cresterea cAMP
 Gi, prin subunitatea αi reduce [cAMP]
B. Sisteme efectoare
Adenilat 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, etc
B. Sisteme efectoare
Guanilat ciclaza
 Enzima sau sistemul efector care produce sinteza cGMP pe
seama GTP
PPi
 GTP
cGMP
 Guanilat-ciclaza
 Prezenta in multe celule; 2 tipuri:
 Membranara
 Citoplasmatica- Guanilat ciclaza citosolica , este solubila si
reprezinta sistemul efector pentru monoxidul de azot (NO).
Sisteme efectoare
Guanilat ciclaza
 Membranara- atât receptor (domeniul extracelular) cât şi
efector care genereaza mesagerul secund
 Domeniul intracelular manifesta activitate guanilat ciclazica
numai dupa ocuparea situsului cu receptor
 Hormonii recunoscuti de acest R determina cresterea
[cGMP] intracelulare, care, prin intermediul unei proteinkinaze si a unei fosforilari succesive induce raspunsul celular
B. Sisteme efectoare
Guanilat ciclaza
 Factorul 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 medulosuprarenalelor
 Raspunsul 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 celular
 cAMP- 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
Mesagerii secunzi
cAMP
 AMPc are o viata scurta deoarece este descompus rapid prin
hidroliza la AMP. Fosfodiesteraza (PDE) este enzima ce
catalizeaza aceasta reactie de hidroliza:
HOH
cAMP

AMP
PDE
 AMPc-ul a fost descoperit in 1950 de catre Earl
Sutherland si a fost primul compus cu rol de mesager
secundar.
Mesagerii secunzi
cAMP
 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.
Mesagerii secunzi
cAMP
 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
C. Mesagerii secunzi
cAMP
 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
C. Mesagerii secunzi
cAMP
 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
C. Mesagerii secunzi
cAMP
 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.
C. Mesagerii secunzi
cGMP
 GMPc, este sintetizat prin reactia catalizata de guanilat
ciclaza (GC-aza) din GTP si este descompus prin reactia
catalizata de GMPc-fosfodiesteraza
 GTP

GC-aza
cGMP + PPi
HOH
cGMP
GMP
GMPcPDE
 Efectele GMPc in multe cazuri antagonizeaza cu cele
produse de AMPc.
C. Mesagerii secunzi
cGMP
 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
C. DAG şi IP3
fosfatidil inozitol
4,5-bisfosfat (PIP2)
DAG
IP3
C. DAG şi IP3
 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
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.
C. Ca2+
 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.
C. Ca2+
 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
C. Ca2+
 Complexul Ca2+-calmodulina:




regleaza contractia musculaturii netede
activeaza pompa de Ca2+ din membrana plasmatica
regleaza activitatea unor proteinkinaze
interfera 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. biologic
Receptori cuplaţi cu enzime
Intrebari
 Care dintre urmatoarele reprezinta o caracteristica a
mesagerilor chimici?
 A. sunt secretati de o singura celula, intra in sange si
actioneaza asupra unei celule la distanta
 B. pentru a ajunge la un raspuns coordonat, fiecaree mesager
este secretat de diferite tipuri celulare
 C. fiecare mediator se leaga la un R proteic specific in celula
tinta
 D. mediatorii chimici tb sa patrunda in celula pt a transmite
mesajul
 E. mesagerii chimici sunt metabolizati la mesageri secundari
pentru a transmite mesajul