Comunicazione chimica
La comunicazione tra le cellule Modalità di comunicazione cellulare: Mediante messaggi elettrici Mediante messaggi chimici In ambedue le modalità il messaggio, sia esso una variazione di potenziale o una sostanza chimica, deve essere generato dalla cellula che lo vuole inviare, trasmesso fino alla cellula destinataria (cellula bersaglio), ricevuto e riconosciuto da questa. Le caratteristiche fondamentali di un messaggio sono: 1. il contenuto di informazione; 2. l indirizzamento o destinazione; 3. la velocità di trasmissione.
Comunicazione elettrica 1. Contenuto di informazione Presenta svantaggi rispetto alla comunicazione chimica, può avere solo due segni (+ o -); qualitativamente non modificabile; l intensità del messaggio è particolarmente elaborato. 2. Indirizzamento Se non vi è contatto diretto tra le cellule si necessita di una linea di trasmissione che convogli il segnale ad una destinazione riservata. 3. Velocità di trasmissione La trasmissione elettrica è lungamente superiore a quella chimica, è quella che permette la più elevata velocità.
Comunicazione chimica 1. Contenuto di informazione Grandi vantaggi rispetto alla comunicazione elettrica, qualitativamente è sufficiente cambiare la struttura molecolare; l intensità del segnale può essere variato modificando la quantità del messaggero chimico. 2. Indirizzamento La struttura molecolare del messaggero può contenere gruppi chimici che definiscono l indirizzo al quale è destinato; soltanto cellule con struttura recettrice affine a questi gruppi sono in grado di ricevere il messaggio. 3. Velocità di trasmissione Grosso svantaggio; notevole tempo di produzione e liberazione, deve diffondere nei liquidi organici tra cellule vicine o trasportato per flusso di massa (apparato circolatorio).
Una cellula non può rispondere a un segnale chimico se manca del recettore appropriato per quel segnale. Risposte: Regolazione sviluppo e crescita corporea Riproduzione Metabolismo basale Omeostasi di molecole ed elettroliti Risposta dell organismo allo stress Produzione di globuli rossi Regolazione di alcuni aspetti del comportamento.
Ghiandole endocrine
Altre modalità d azione Non tutte le cellule endocrine sono confinate in una struttura ghiandolare, ma possono trovarsi sparse in altri tessuti (epitelio renale EPO, tessuto cardiaco peptide natriuretico). Tessuti considerati tradizionalmente non endocrini sono in realtà sede di produzione ormonale (fegato, tessuto adiposo leptina). La sintesi ormonale non è confinata alle sole cellule endocrine (neuroormoni). Lo steso ormone può venire prodotto sia da un neurone sia da una cellula endocrina (somatostatina). La risposta finale della cellula bersaglio dipende dall integrazione di molteplici segnali intracellulari attivati da ormoni differenti Alcuni eventi fisiologici vitali per l organismo sono regolati da un sistema ridondante di meccanismi endocrini. Il meccanismo di azione non comporta sempre il trasporto nel torrente circolatorio.
Differenti modalità di comunicazione chimica
Classificazione degli ormoni Ormoni peptidici o proteici Ormoni steroidei Ormoni derivati da modificazione di aminoacidi
Ormoni peptidici e proteici
Ormoni peptidici e proteici
Ormoni steroidei
Ormoni derivati da modificazioni di aminoacidi
Modalità di secrezione Esocitosi (ormoni peptidici e catecolamine) Conversione dei precursori in ormone attivo (ormoni steroidei) Ritmi di secrezione Ritmi circadiani (24 h) Ritmi circorari o ultradiani Ritmi circamensili Ritmi circannuali
Regolazione della secrezione ormonale Feedback negativo. Feedback lungo Feedback corto Feedback ultracorto Feedback positivo Trasporto in circolo
Recettore K a >= 10-8 M Subunità recettrice Subunità effettrice Ligandi liposolubili Ligandi idrosolubili Recettore intracellulare Recettore membranale
Recettore I segnali chimici sono suddivisi sulla base della loro solubilità nei lipidi: Sostanze lipofile Recettori citosolici, nucleari Sostanze lipofobe Recettori di membrana Subunità recettrice Subunità effettrice
Classificazione dei recettori chimici
Recettori intracellulari (ligandi)
Recettori intracellulari Tipo I = citoplasmatici Tipo II = nucleari
Meccanismo di azione cellulare degli ormoni steroidei
Recettori membranali
Trasduzione del segnale trans, attraverso + ducere, condurre Processo attraverso il quale una molecola segnale extracellulare attiva un recettore di membrana che a sua volta altera molecole intracellulari evocando una risposta Primo messaggero Secondo messaggero Enzimi delle vie metaboliche Proteine motrici per la contrazione muscolare e il movimento del citoscheletro Proteine che regolano l espressione genica e la sintesi proteica Proteine di trasporto attraverso la membrana e proteine recettori
Cascata di segnali
Amplificazione del segnale Nei sistemi biologici il segnale viene amplificato mediante conversione della molecola segnale in molte molecole di secondo messaggero L amplificazione permette all organismo di risparmiare, in quanto utilizza una piccola quantità di ligando per ottenere un grande effetto
Recettore canale ionico Recettori per: acetilcolina di tipo nicotinico; acido glutamico; acido -amino-butirrico.
1) Recettori canale-ionico Questi recettori sono costituiti da canali ionici. Sono recettori di neurotrasmettitori localizzati nel tessuto nervoso e muscolare. Modificano la permeabilità della cellula ad un dato ione, determinando un rapido cambiamento del potenziale di membrana della cellula. Recettori per: acetilcolina di tipo nicotinico; acido glutamico; acido -amino-butirrico.
2) Recettori enzimatici I recettori enzimatici possiedono 2 regioni: Recettori tirosina-chinasi (RTK) Una recettoriale sulla superficie extracellulare della membrana Una enzimatica sul versante intracellulare Proteinchinasi: tirosina chinasi guanilato ciclasi Recettore per: insulina, fattori di crescita (fattore di crescita dell epidermide EGF, fattore di crescita del sistema nervoso NGF), citochine.
3) Recettori e secondi messaggeri Selettività Amplificazione Divergenza Convergenza Ormoni Neurotrasmettitori Fattori locali Sostanze olfattive Sostanze gustative Stimoli luminosi
Recettori collegati a proteine G
Proteine G GTP-gS GDP-bS Tossina colerica (CTX) Proteina G s Tossina pertussica (PTX) Proteina G i
I secondi messaggeri Messaggeri nucleotidici Messaggeri inositidici Adenosinmonofosfato ciclico (camp) Guanosinmonofosfato ciclico (cgmp) Diacilglicerolo (DAG) Inositolo trifosfato (IP 3 ) Ioni calcio
La via dell adenosin-monofosfato ciclico (AMPc) Sintesi dell AMPc
Le risposte mediate dall AMPc
La via dei messaggeri inositidici
Messaggeri inositidici
4) Recettori costituiti da integrine Questi recettori sono costituiti da proteine transmembrana dette integrine. Sono implicati nella coagulazione del sangue, nella riparazione delle ferite, nell adesione cellulare, nel riconoscimento durante la risposta immunitaria. Sul versante extracellulare si legano a proteine della matrice o a ligandi tipo anticorpi o molecole coinvolte nella coagulazione All interno della cellula si legano al citoscheletro attraverso proteine di ancoraggio
Schema riassuntivo dei sistemi di trasduzione del segnale
Nuove molecole segnale Il calcio è un importante segnale intracellulare Il calcio entra nella cellula tramite: Canali voltaggio-dipendenti; Canali controllati dal ligando; Canali a controllo meccanico. E accumulato nel reticolo endoplasmatico e può essere rilasciato a opera di secondi messaggeri (IP3) Eventi cellulari dipendenti dal calcio: Si lega alla calmodulina e modifica l attività di enzimi, trasportatori o altera lo stato di apertura dei canali ionici; Si lega a proteine di regolazione per indurre esocitosi, movimento di proteine contrattili; Si lega a canali ionici.
Nuove molecole segnale Gas solubili possono agire come molecole segnale paracrine/autocrine Ossido nitrico o monossido di azoto (NO) Monossido di carbonio (CO) Solfuro di idrogeno (H 2 S) NO Arginina + O 2 ossido nitrico sintasi NO + citrullina (aa) agisce come vasodilatatore dei vasi sanguigni, neurotrasmettitore, neuromodulatore del sistema nervoso (GMPc) CO Agisce su muscolo liscio e tessuto nervoso (GMPc) H 2 S Agisce nel sistema cardiovascolare come vasodilatatore
Sfingolipidi: modulano l infiammazione, l adesione, la migrazione delle cellule, la crescita e la morte cellulare (recettori accoppiai a proteine G) Nuove molecole segnale Molecole segnale paracrine derivate da lipidi Eicosanoidi derivanti dall acido arachidonico (acido grasso a 20 atomi di carbonio). Fosfolipasi A 2 Modifica l attività di canali ionici e di enzimi intracellulari
Modulazione delle vie di ricezione del Specificità; Competizione; Saturazione. segnale Agonisti e antagonisti. Diversi recettori singolo ligando. Compartimentalizzazione