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8/3/2019 lezione 10-11-2011
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Esistono due meccanismi fondamentali di comunicazione
cellulare, in cui la trasmissione del segnale avviene per
interazione tra molecole e recettori.
1) Le cellule nervose comunicano tra loro e con altri tipi dicellule attraverso modificazioni elettrochimiche delle loro
membrane. Larrivo di un potenziale di azione a una sinapsi
provoca il rilascio di neurotrasmettitori che, a loro volta, si
legano arecettori sulla membrana della cellula postsinapticaalla quale trasmesso il segnale.
2) In un secondo meccanismo di comunicazione intercellulare
la trasmissione del segnale regolata damessaggeri chimici i
cui recettori si trovano sulle membrane di cellule che
possono essere anche molto distanti dalla cellula che secerne
la molecola di regolazione
In entrambi i sistemi i RECETTORI svolgono un ruolo cruciale
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Esistono diverse molecole che funzionano come
MESSAGGERI CHIMICI, trasmettendosegnali da cellula a cellula:
1) ORMONI
2) FATTORI DI CRESCITA
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La capacit delle cellule di trasformare una
interazione recettore/ligando in una
modifica funzionale o di espressione genica
detta TRASDUZIONE DEL SEGNALE
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I messaggeri sono:
Amminoacidi
Peptidi
Proteine
Acidi grassi
Lipidi
Nucleosidi o nucleotidi
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I messaggeri di natura idrofila si legano a
uno o pi recettori specifici sulla cellula
bersaglio.
I messaggeri di natura idrofobica agiscono su
recettori nucleari o citosolici la cui funzione
quella di regolare lespressione di genispecifici (Es: ormoni steroidei, retinoidi)
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La capacit del recettore di distinguere il suo ligando
specifico tra migliaia di altre molecole dipende dalla
combinazione didue caratteristiche del sito di legame:
1) La FORMA2) La POSIZIONE strategica delle catene laterali di aa al
suo interno
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AFFINITA DEL RECETTORE
La quantit di recettore occupato dal ligando
proporzionale alla concentrazione del ligandolibero in soluzione.
Il rapporto tra la concentrazione del ligando in
soluzione e il numero di molecole di recettoreoccupate costituisce una descrizione qualitativa
dellaffinit del recettore. Se a basse
concentrazioni di ligando, tutto il recettore occupato possiamo affermare che il recettore ha
unalta affinit per il ligando e viceversa.
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Kd= costante di dissociazione, la concentrazione di
ligando libera necessaria a saturare la met dei siti
di legame del recettore (104- 10 9 mM). Dunque Kdesprime la concentrazione di ligando in grado di
indurre una data risposta cellulare.
(i recettori con affinit alta per i loro ligandi Kdmolto bassa)
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Down-regolazione del recettore
Sebbene ogni recettore abbia una caratteristica affinitper il proprio ligando, i recettori rispondono non tanto a
una determinata concentrazione del ligando ma piuttosto
a variazioni della sua concentrazione.
Quando la presenza del ligando e loccupazione dei
recettori persistono per un certo periodo di tempo, la
cellula va incontro a un processo di adattamento e cio
si desensibilizza e non risponde pi al ligando. A questopunto, per ristimolare la cellula, necessario che la
concentrazione del ligando aumenti.
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La down-regolazione (desensibilizzazione) del
recettore dovuta:
1) Rimozione del recettore dalla superficie cellulare
2) Modifiche del recettore che ne riducono laffinit
per il ligando
3) Modifiche del recettore che ne abbassano la
capacit di indurre modificazioni di alcune
funzioni cellulari
La desensibilizzazione del recettore anche la base
del fenomeno dellatolleranza.
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Linterazione recettore-ligando scatena allinterno della
cellula una serie programmatadi eventi.
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I recettori possono essere classificati in
diverse categorie a seconda della loro
modalit di azione:
CANALI IONICI LIGANDO-DIPENDENTI
RECETTORI INTRACELLULARI
RECETTORI SULLA MEMBRANA
PLASMATICA
Recettori associati a Proteine G
Recettori associati a PK
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Proteine G sono paragonabili ad interruttori molecolari
: stato accesolegato a GTP
stato spento...legato a GDP
1) Proteine G grandi eterodimeriche, costituite
da 3 subunit (G, G, G)2) Proteine G piccole monomeriche, es. la
proteina RAS
Gs= stimolatori della trasduzione del segnale
Gi= inibitori della trasduzione del segnale
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Esistono diverse proteine G che consentono una
differenziazione delle risposte ai segnali
mediati da proteine G. Alcune proteine G, interagendo direttamente
con i canali ionici del K+ o Ca++, mediano
lazione dei neurotrasmettitori
Alcune proteine G attivano le chinasi
Le pi diffuse proteine G inducono il rilascioe la produzione dei II messaggeri ( cAMP-
ioni calcio)
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Il recettore per un dato ligando pu esistere in diverse
isoforme, che hanno differenti affinit per il ligandocome pure per una particolare proteina G. Diverse
isoforme di un recettore possono coesistere nella stessa
membrana o possono trovarsi sulla membrana di
diversi tipi di cellule bersaglio.
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Si conoscono:
9 isoforme del recettore adrenergico
15 isoforme del recettore per la serotonina
20 diverse subunit G, 5 subunit G, 12 subunit
Ginsieme a 9 isoforme delleffettore adenilato ciclasi.
Che una proteina G sia stimolatrice o inibitrice dipende
dalla natura della subunit .
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cAMP
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Proteine G e cAMP
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Lafosfodiesterasi assicura che la
trasduzione del segnale venga
prontamente interrotta quando si abbassa
la concentrazione extracellulare del
ligando.
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PKA, proteina
chinasi A
Catalizza la fosforilazione
di diversi substrati
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La PKAfosforila una serie di proteine cellulari,
che presentano tutte una corta sequenza
amminoacidica riconosciuta dalla chinasi come
sito di fosforilazione.
La chinasi trasferisce un gruppo fosfato da una
molecola di ATP a una serina o una treonina
presente nel sito di fosforilazione della proteina.
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Laumento dei livelli di cAMP pu avere diversi effetti:
Ad alte concentrazioni di cAMP nel muscolo scheletrico o nel
fegato viene attivato il catabolismo del glicogeno; nel muscolo
cardiaco un innalzamento dei livelli di cAMP fa aumentare le
contrazioni cardiache; nel muscolo liscio, al contrario, la
contrazione muscolare viene inibita.
Linnalzamento dei livelli di cAMP nellepiastrine ne impedisce la
mobilizzazione durante la coagulazione del sangue; nelle cellule
epiteliali dellintestino causa la secrezione di sali e acqua nel
lume intestinale.
Inibitori della fosfodiesterasi:
metilxantine
Caffeina e Teofillina
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Il malfunzionamento della trasduzione del
segnale mediata da proteine G causa gravi
patologie nelluomo.
Latossina colerica ha un dominio enzimatico in
grado di modificare chimicamente la proteina
Gs,rendendola incapace di idrolizzare il GTP inGDP. Gs non si spegne, i livelli di cAMP
rimangono alti e le cellule intestinali
continuano a secernere grosse quantit diacqua e sali.
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Molte proteine G utilizzano come
secondi messageri inositolo trifosfato
e diacilglicerolo.
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80Berridge
Proteine G e
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Proteine G e
IP3-DAG
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FUNZIONICELLULARI REGOLATE DA INOSITOLO TRIFOSFATO E
DIACILGLICEROLO
Funzione regolata Tessuto bersaglio Messaggero
Attivazione piastrinica
Contrazione muscolare
Secrezione di insulina
Secrezione di amilasi
Degradazione del glicogeno
Produzione di anticorpi
Piastrine
Muscolatura liscia
Pancreas endocrino
Pancreas esocrino
Fegato
Linfociti B
Trombina
Acetilcolina
Acetilcolina
Acetilcolina
Orm. antidiuretico
antigeni
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Dallattivazione delle proteine chinasi C (PKC)
dipendono molte diverse funzioni cellulari:
la stimolazione della crescita
la regolazione dei canali ionici
le modifiche del citoscheletro
laumento del pH cellulare
la secrezione di proteine
Come si arrivati a capire che nelle cellule avviene
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Come si arrivati a capire che nelle cellule avviene
effettivamente questa sequenza di eventi, e in particolare
che IP3 segnala il rilascio del calcio nel citosol?
Dimostrazione
sperimentale che IP3
determina rilascio di Ca++
Attivazione
IP3
FURA-2(indicatore del
calcio)
Attivazione
Cellula di surrene
non stimolataCellula di surrene
stimolata da
angiotensina
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Dimostrazione sperimentale che
laumento del calcio determina
una risposta fisiologica nellacellula bersaglio
IONOMICINA
Assenza di
Ca++
extracellulare
Ca++
Ca++
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Gli ioni calcio hanno un ruolo essenziale nella
regolazione di un gran numero di funzioni
cellulari. La regolazione basata su variazionidella concentrazione del calcio nel citosol in
risposta a segnali esterni.
Nello stato di riposo, la concentrazione citosolicadel calcio intorno a 1x10-4 mM; nei fluidi
extracellulari e nel sangue circa 1,2 mM.
DIVERSI MECCANISMI DI REGOLAZIONE DEL Ca++
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DIVERSI MECCANISMI DI REGOLAZIONE DEL Ca++
m.cardiaco,m.scheletrico,
neuroni.
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
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In alcuni casi il calcio modifica lattivit delle
proteine legandosi direttamente ad alcune diqueste; pi frequentemente, per, svolge la sua
funzione attraverso la calmodulina.
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Quando un determinato stimolo fa aumentare la
concentrazione citosolica del calcio (da 10-4 a 10-3mM),
questo si lega alla calmodulina.
La maggior parte delle proteine che legano la
calmodulina sono enzimi della classe delle proteinechinasi e proteine fosfatasi. Larisposta indotta in una
cellula bersaglio da un aumento della concentrazione
di calcio dipende dalle proteine in grado di legare la
calmodulina presenti in quella cellula.
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La fecondazione delle cellule uovo animali
costituisce un esempio dellimportanza deimeccanismi di trasduzione del segnale mediata dal
calcio a seguito di un interazione recettore/ligando.
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Rilascio ioni Ca++ (tra 30 secondi alcuniminuti dopo la fecondazione)
Blocco della
polispermia
Attivazione delluovo
(Effetti mimati da uno ionoforo
del calcio)
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Lossido nitrico (NO) una importante molecola
segnale del sistema cardiovascolare.
LNO accoppia la stimolazione di recettori
associati a proteine G sulle cellule endoteliali al
rilassamento della muscolatura liscia dei vasi
sanguigni.
Lossido nitrico una molecola di gas tossica
con emivita breve, prodotta dalla conversionedellaa arginina a NO e citrullina ad opera
dellenzimaNO sintetasi.
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Furchgott,
Ignarro, Murad
Nobel 1998
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Il meccanismo per cui la stimolazione delle
cellule endoteliali da parte dellacetilcolina
induce il rilassamento della muscolatura lisciaspiega anche il meccanismo di azione di una
sostanza chimica, la nitroglicerina. Questa
sostanza viene somministrata a pazienti conangina allo scopo di ridurre la costrizione delle
arterie coronarie.
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