1. Lab 3 hormony

Receptory Błonowe

Wyspecjalizowane receptory błonowe

  • Rozpoznają chemiczne cząsteczki sygnałowe.

  • Fragment wiążący cząsteczkę sygnałową wystaje na zewnątrz komórki.

  • Fragment inicjujący reakcję komórki wystaje do wnętrza cytoplazmy.

Funkcje

  • Rozpoznawanie i wiązanie cząsteczki sygnałowej.

  • Transdukcja sygnału - przekazywanie sygnału do wnętrza komórki.

  • Aktywacja efektora wewnątrzkomórkowego.

Dopasowanie białko receptorowe - ligand

  • Centrum aktywne do substratu ma powinowactwo.

  • Miejsce wiązania to centrum aktywne, do którego dopasowany musi być ligand.

  • Istnieje duża specyficzność wiązania.

Budowa Receptora metatropowego

  • Część zewnątrzbłonowa przyłącza się do ligandu.

  • Część wewnątrzbłonowa oddziałuje z białkami.

  • Zasada działania receptorów obejmuje uwolnienie hormonu, odebranie cząsteczki sygnałowej, dostarczenie sygnału do wnętrza komórki, aktywację efektorów i zakończenie sygnału.

Typy receptorów

  1. Związane z kanałami jonowymi - jonotropowe.

    • Receptor aktywuje się po przyłączeniu liganda.

    • Jony przenikają przez kanał zgodnie z gradientem stężeń.

    • Np. GABA, receptor nikotynowy, r. serotoninowy 5-HT3.

  2. Związane z białkami G (metabotropowe).

    • Największa rodzina receptorów błonowych.

    • Posiadają 7 helis transbłonowych.

    • Np. receptor muskarynowy, opiodiowy, dopaminowy.

Page 2:

  • Receptory można podzielić na dwa rodzaje:

    • Działające za pośrednictwem białka G.

    • O funkcji enzymatycznej związanej z domeną katalityczną.

  • Receptor zyskuje aktywność enzymatyczną po związaniu liganda, co prowadzi do autofosforylacji i fosforylacji innych białek.

  • Gęstość receptorowa wpływa na odpowiedź komórkową.

  • Wtórne przekaźniki sygnałów biologicznych to niskocząsteczkowe substancje chemiczne.

  • Wtórne przekaźniki mogą wpłynąć na ekspresję genów poprzez swobodną dyfuzję do innych obszarów komórki.

  • Wtórne przekaźniki mogą wzmocnić sygnał, aktywować lub dezaktywować enzymy oraz otwierać kanały.

  • Wtórne przekaźniki to m.in. Cykliczny AMP, Cykliczny GMP, Jon wapnia, IP3, Diacyloglicerol, Tlenek azotu.

Page 3:

  • Wzmocnienie sygnału polega na generowaniu odpowiednio dużej liczby cząsteczek lub jonów wtórnych przekaźników.

  • Wtórne przekaźniki, takie jak DAG i IP3, biorą udział w transdukcji sygnałów komórkowych.

  • Cykliczny adenozyno-3′,5′-monofosforan (cAMP) bierze udział w transdukcji sygnału.

  • Cykliczny guanozyno-3′,5′-monofosforan (cGMP) jest syntezowany przez cyklazę guanylową z GTP.

  • Diacyloglicerol (DAG) jest informotorem II rzędu w komórce.

  • Trifosforan inozytolu (IP3) i diacyloglicerol (DAG) są istotnymi związkami w transdukcji sygnałów komórkowych.

Page 3

  • Wtórne przekaźniki:

    • Aktywują kinazę białkową

    • Przy metabotropowych, sprzężonych z domeną katalityczną

    • Przy jonotropowych, jony wapnia aktywują kinazy Ca z połączeniem z kalmoduliną

  • Polimorfizm receptorów błonowych:

    • Hormony działają na tę samą komórkę przez różne receptory błonowe

    • Różne wtórne przekaźniki

    • Przykład z adrenalina: różne efekty w zależności od receptorów

  • Wygaszanie sygnału:

    • Konieczne dla reakcji komórki na nowe sygnały

    • Może odbywać się na poziomie receptora, wzmacniacza, wtórnej cząstki sygnałowej

Białko G

  • Ogólne informacje:

    • Rodzina białek wiążących nukleotydy guaninowe: GDP i GTP

    • Posiadają aktywność GTPazy

  • Budowa:

    • Heterotrimer z podjednostkami α, ß i γ

    • Podjednostka α zawiera miejsce wiązania GTP i receptor

    • Podjednostki β i γ stanowią heterodimer

    • Podjednostki α i γ zakotwiczone w błonie komórkowej

Receptory GPCR

  • Budowa:

    • Siedmiokrotnie przechodzący przez dwuwarstwę łańcuch polipeptydowy

    • Domena transbłonowa tworzona przez siedem hydrofobowych alfa-helis

    • N-koniec jako miejsce wiązania cząsteczki sygnałowej

    • Aminokwasy o charakterze lipidowym na powierzchni receptora

    • Miejsce wiązania białka G na końcu karboksylowym

Foks

  • Wtórne przekaźniki aktywują kinazę białkową

  • Wygaszanie sygnału jest kluczowe dla reakcji komórki

  • Białko G to heterotrimer z podjednostkami α, ß i γ

  • Receptory GPCR to rodzina receptorów metabotropowych aktywowanych przez hormony i neurotransmitery

Page 4

  • Aminokwasy o właściwościach hydrofobowych dominują w obszarze błony, co zakotwicza białko w błonie lipidowej.

    • Wiązania wodorowe między helisami stabilizują strukturę receptorów GPCR.

  • Działanie receptora metabotropowego:

    • Receptor związany z GDP jest nieaktywny do związania z ligandem.

    • Ligand przyłącza się, zmieniając konformację receptora i umożliwiając przyłączenie białka G.

    • Podjednostka alfa białka G łączy się z receptorem.

    • GDP odłącza się, zastępowane przez GTP, aktywując białko G.

    • Podjednostki beta i gamma odłączają się.

    • Podjednostki łączą się z enzymem, aktywując go dla odpowiedzi komórkowej.

    • Podjednostka alfa hydrolizuje GTP do GDP, stając się nieaktywną i dezaktywując kompleks beta-gamma.

  • Typy białek G:

    • Białka Gs stymulują cyklazę adenylanową, zwiększając cAMP.

    • GI hamuje cyklazę adenylanową, obniżając cAMP, aktywuje kanały potasowe i hamuje wapniowe.

    • Białka Gq i G12/13 są nieczułe na toksyny, aktywują małe białko i białko efektorowe.

  • Schemat działania receptora metabotropowego przekazującego sygnał na różne białka G.

Rola białek Gs

  • Stymulacja cyklazy adenylanowej, zwiększenie cAMP z ATP.

  • Rozkład cAMP do AMP przez fosfodiesterazę cAMP.

  • cAMP aktywuje kinazę białkową A (PKA), fosforylując białka docelowe.

  • PKA fosforyluje regulatorowe białka genów, stymulując transkrypcję.

  • cAMP jest rozpuszczalny w wodzie, łatwo przemieszcza się w komórce.

Szlak sygnalizacyjny z fosfolipazą C typu β

  • Agonista działa na receptor metabotropowy z białkiem Gq.

  • Podjednostka α białka Gq aktywuje fosfolipazę C typu β.

Page 5

  • Enzym działa hydrolitycznie na fosfolipid, tworząc IP3 i DAG

    • IP3 jest rozpuszczalny w wodzie i przechodzi do siateczki śródplazmatycznej

    • Siateczka śródplazmatyczna jest magazynem jonów wapnia

    • IP3 łączy się z receptorem, uwalniając Ca2+ do cytosolu

  • DAG aktywuje kinazę białkową C, kontrolującą funkcje komórkowe

  • Kinaza Rho jest aktywowana przez GPCR G12/G13

    • Białka G12/G13 regulują procesy komórkowe przez GEF

    • Rho-GDP aktywowana przez wymianę PKB-GTP

    • Kinaza Rho fosforyluje białka substratowe, kontrolując funkcje komórkowe

Receptory Jądrowe

  • Receptory jądrowe regulują transkrypcję genów

  • Aktywacja wymaga związania z lipofilnymi ligandami

  • Rodzaje receptorów jądrowych: AR, ER, PR, GR, MR, RAR, RXR, VDR, TR

  • Receptory sieroce nie mają udokumentowanych ligandów

  • Aktywne receptory jądrowe to czynniki transkrypcji

    • Typ I: receptory w cytoplazmie przenoszone do jądra po stymulacji

      • GR: regulują kompleks transkrypcyjny, prowadzą do apoptozy

Page 6

GRβ i Receptory GR

  • Receptory GR regulują transkrypcję genów poprzez cztery mechanizmy.

    • Aktywowanie transkrypcji genów przez GRE w sekwencji promotora.

    • Hamowanie aktywności genów przez nGRE.

    • Pośrednie hamowanie aktywności genów przez białko-białko.

      • Interakcja GRa z innymi czynnikami transkrypcyjnymi może zachodzić na promotorach bez GRE.

  • Białka receptorowe działają w skojarzeniu z enzymami modyfikującymi histony.

AR

  • Testosteron działa poprzez wiązanie się z receptorem androgenowym w cytozolu.

  • Wiązanie androgenu powoduje zmianę konformacyjną receptora, co prowadzi do regulacji transkrypcji genów.

  • Receptory androgenowe oddziałują z innymi białkami w jądrze, regulując transkrypcję genów.

ER

  • Receptory estrogenów ERα i ERβ działają jako czynniki transkrypcyjne aktywowane ligandem.

  • Po związaniu estradiolu z ERα lub ERβ dochodzi do zmiany konformacyjnej receptora.

  • Receptory estrogenowe oddziałują z chromatyną w sekwencjach ERE, indukując zmiany transkrypcyjne.

  • Estrogeny mają różne receptory błonowe i działają z receptorami metabotropowymi.

Additional Information

  • Receptory dla progesteronu są pod kontrolą estrogenów.

  • W ciąży estrogeny wzrastają 4x, a progesteron klikanaście razy.

  • Synteza progesteronu nie jest zależna od estrogenów, ale odpowiedź komórkowa tak.

Page 7

  • Receptory aktywowane proliferatorami peroksymów (PPAR)

    • Receptory PPAR są zaangażowane w przemianę i transport lipidów oraz równowagę glukozową.

    • Naturalnymi ligandami PPAR są kwasy tłuszczowe, zwłaszcza nienasycone.

    • Receptory PPAR występują w trzech izoformach: alfa, beta/delta i gamma.

      • PPARⲀ występuje głównie w wątrobie, nerkach i sercu.

    • Po stymulacji receptory PPARⲀ prowadzą do wzrostu lipazy lipoproteinowej, zmniejszając produkcję trójglicerydów [TG] w wątrobie.

    • Fibraty, agoniści PPAR, obniżają poziom TG we krwi.

  • Receptory jądrowe z rodziny Nur77

    • Receptor Nur77 uczestniczy w procesach apoptozy, różnicowania komórek nerwowych i wytwarzaniu hormonów steroidowych.

    • Ich ekspresja może być indukowana różnymi czynnikami.

    • Białka Nur77 mogą tworzyć heterodimery z receptorami GR i RXR, zmieniając ich funkcje.

    • Nur77 hamuje sygnał stymulowany glukokortykosteroidami poprzez tworzenie nieaktywnego heterodimeru z receptorami GR.

    • Może indukować apoptozę poprzez przyłączenie się do błony mitochondrium.

  • RAR receptor sierocy

    • RAR ma największe powinowactwo do wiązania się z kwasem retinowym.

    • RORalfa, RORbeta i RORgamma to podtypy RAR.

      • RORalfa występuje powszechnie w organizmie, a cholesterol jest jego ligandem.

      • RORbeta występuje tylko w komórkach ośrodkowego układu nerwowego, a ATRA jest jego ligandem.

      • RORgamma nie ma znanego naturalnego liganda.

    • Receptory jądrowe po związaniu liganda przemieszczają się do jądra komórkowego, działając jako czynniki transkrypcyjne.

Page 8

  • Receptory jądrowe wpływają na transkrypcję genów poprzez interakcje z innymi czynnikami transkrypcyjnymi.

    • Aktywne receptory jądrowe mogą pobudzać lub hamować transkrypcję genów.

    • Regulacja aktywności receptorów może odbywać się poprzez fosforylację, interakcje z innymi białkami, czy związanie z ligandem.

  • Budowa receptora jądrowego składa się z różnych domen, takich jak:

    • Zmienny N-końcowy region (domena A/B) aktywuje transkrypcję.

    • Konserwatywna domena wiążąca DNA-DBD (domena C) odpowiada za interakcje z sekwencją nukleotydów DNA.

    • Region zawiasowy (domena D) łączy domeny DBD i LBD, umożliwia rotację DBD o 180 stopni.

    • Domena wiążąca ligand-LBD (domena E) umożliwia wiązanie ligandu, dimeryzację i aktywację transkrypcji.

  • Receptory jądrowe mogą wiązać DNA jako monomery, homodimery lub heterodimery (RXR).

    • Sekwencje konsensusowe w promotorze są rozpoznawane przez receptory.

    • Receptory monomeryczne rozpoznają sekwencje AGAACA, a pozostałe łączą się z AGGTCA.

  • Chromatyna związana z macierzą, bogata w pary A/T, wpływa na ekspresję genów.

    • Pary A/T decydują o przyłączaniu czynników transkrypcyjnych.

    • Miejsce wiązania białek receptorowych (HRE) są sąsiednie, ale nie zawsze tożsame z miejscem promotorowym.

Summary

  • Receptory jądrowe regulują transkrypcję genów poprzez interakcje z innymi czynnikami transkrypcyjnymi.

  • Budowa receptora jądrowego składa się z domen A/B, C, D, i E, które pełnią różne funkcje.

  • Receptory jądrowe mogą wiązać DNA jako monomery, homodimery lub heterodimery.

  • Chromatyna związana z macierzą, bogata w pary A/T, wpływa na ekspresję genów poprzez przyłączanie czynników transkrypcyjnych.

Page 9: Hormony we krwi

  • Hormony w transporcie krwi:

    • Substancje regulujące funkcje komórek

    • Wytwarzane przez wyspecjalizowane narządy gruczołowe

    • Transportowane przez krew do komórek docelowych

  • Podział hormonów:

    • Ze względu na miejsce działania:

      • Hormony dokrewne klasyczne

      • Hormony lokalne

    • Ze względu na budowę chemiczną:

      • Polipeptydy

      • Pochodne tyrozyny

      • Steroidy

  • Hydrofobowe i hydrofilowe hormony:

    • Hydrofobowe: hormony klasy I

      • Słabo rozpuszczalne w osoczu

      • Związane z białkami transportującymi

    • Hydrofilowe: hormony klasy II

      • Rozpuszczalne w osoczu

      • Nie wymagają białek transportujących

  • Transport hormonów we krwi:

    • Powinowactwo hormonu do białka transportującego

    • Hormony peptydowe i adrenalina w stanie wolnym

    • Hormony steroidowe i tarczycy związane z białkami osocza

  • Białka nośnikowe osocza:

    • Specyficzne i niespecyficzne

    • Albuminy i transferryny jako białka niespecyficzne

  • Znaczenie wiązania hormonów z białkiem:

    • Dotarcie hormonów do komórek docelowych

    • Utrzymanie rezerwy hormonalnej

    • Wydłużenie osoczowego okresu półtrwania hormonów

    • Buforowanie nagłych zmian stężenia hormonów

    • Zapobieganie przesączaniu hormonów w nerkach

Page 10

  • Wiązanie hormonów steroidowych i jodotyronin przez białka osocza

    • Tylko wolny hormon jest aktywny biologicznie.

    • Działa na receptory komórkowe.

    • Bierze udział w regulacji i hamowaniu wydzielania hormonów tropowych przysadki poprzez sprzężenie zwrotne.

  • Czynniki wpływające na stężenie globulin wiążących hormony

    • Choroby wątroby.

    • Estrogeny (ciąża, środki antykoncepcyjne u kobiet).

    • Androgeny, glikokortykosterydy.

  • Białka transportujące

    • TBG, TBPA, TBA, CBG, SHBG, ABP.

  • Transport hormonów tarczycy

    • Większość T4 i T3 znajduje się poza tarczycą.

    • Połączenie hormonu z nośnikiem białkowym wpływa na okres połowicznego zaniku hormonów.

    • Aktywność biologiczna zależy od stężenia wolnej frakcji hormonów.

  • Inne białka transportujące hormony tarczycy

    • TBPA, TBA.

  • Transport hormonów steroidowych

    • Wymaga osoczowych przenośników białkowych.

  • Transport glikokortykoidów

    • Transkortyna (CBG) transportuje glikokortykoidy.

    • Synteza transkortyny jest nasilana przez estrogeny.

  • Albumina

    • Główne białko osocza krwi.

    • Transporter nieswoisty.

  • Transport steroidów płciowych

    • Steroidy gonadalne są transportowane przez SHBG.

  • SHBG

    • Globulina wiążąca hormony płciowe.

Page 11

  • ß-globulina wiążąca testosteron

    • nośnik specyficzny w osoczu krwi

    • wytwarzana w wątrobie

    • główna funkcja to zmniejszenie stężenia wolnego testosteronu

    • zmiana stężenia SHBG powoduje większe zmiany stężenia wolnego testosteronu niż estradiolu

    • stężenie zwiększone w nadczynności tarczycy, ciąży, okresie dojrzewania

    • nadmiar może oznaczać różne schorzenia, a niski poziom także różne problemy

  • Transport androgenów

    • androgeny transportowane przez białko wiążące androgeny (ABP)

    • zapewnia lokalnie wysokie stężenie testosteronu w sąsiedztwie komórek plemnikotwórczych

    • synteza pobudzana przez FSH i testosteron

Hormony tarczycy

  • Hormony tarczycy

    • działają na poziomie jądra komórkowego

    • wiążą się ze swoistymi receptorami wysokiego powinowactwa

    • T3 wykazuje silniejsze powinowactwo do receptorów niż T4

    • wpływają na syntezę białka, bilans azotowy

  • Budowa trójjodotyroniny (T3)

    • jodowana pochodna tyrozyny z 3 atomami jodu

    • wytwarzana przez komórki pęcherzyków tarczycy

    • funkcje: rola w wzroście, rozwój mózgowia, metabolizm tłuszczów

  • Tyroksyna (T4)

    • zawiera 4 atomy jodu

    • przenoszona we krwi przez swoiste przenośniki

Page 12

  • Globulina

    • Czas półtrwania wynosi 6,5 dnia

    • Stężenie osoczowe T4 jest około 50 razy wyższe niż T3

    • Tyroksyna może stanowić prohormon trijodotyroniny

  • Białka nośnikowe

    • Transtyretyna → globulina transportująca tyroksynę

    • Białko globularne transportujące kortyzol → transportyna

    • Hormony płciowe mogą przyczepiać się do białka transportującego hormony płciowe

  • Synteza hormonów tarczycy

    • Tyroksyna i trójjodotyronina uwalniane z tyreoglobuliny przez enzymy proteolityczne

    • Jodki akumulowane w komórkach pęcherzykowych tarczycy

    • Jodki utleniane przez peroksydazę tarczycową do jodu i wiązane do reszt tyrozylowych białkowego łańcucha tyreoglobuliny

Functions of Thyroid Hormones

  • Stymulacja procesów katabolicznych i dostarczanie energii

    • Poprzez pobudzenie biosyntezy enzymów lipolitycznych

  • Pobudzanie procesów utleniania w tkankach i rozpadu tłuszczów

    • Wzmacnianie wchłaniania glukozy z przewodu pokarmowego

  • Zwiększanie wydzielania i efektów somatotropiny i glikokortykoidów

  • Wpływ na czynność gruczołów płciowych

  • Regulacja laktacji, rozrodu, oraz rozwój fizyczny i psychiczny młodych organizmów

Page 13:

  • Cykl syntezy hormonów tarczycy jest blokowany przez tiomocznik i karbimazol.

    • Tiomocznik i karbimazol blokują cykl syntezy hormonów tarczycy.

  • Powstawanie hormonów T4 (tyroksyny) i T3 (trójjodotyroniny).

    • T4 i T3 powstają poprzez wiązanie dwóch jodowanych reszt tyrozynowych.

    • T4 to pochodna tyrozyny, a T3 to pochodna tyroksyny.

  • Proces syntezy hormonów w osoczu.

    • Jodki są wchłaniane, a peroksydaza utlenia je do jodu.

    • Tyreoglobulina powstaje w komórce, trafia do koloidu, gdzie dochodzi do jodowania reszt tyrozynowych.

    • Endocytoza tyreoglobuliny jest kontrolowana, ale mechanizm nie jest w pełni poznany.

  • Regulacja wydzielania hormonów tarczycy.

    • Hormony peptydowe wydzielane przed przysadkę i podwzgórze kontrolują wydzielanie hormonów tarczycy.

    • TRH (hormon uwalniający tyreotropinę) syntetyzowany przez podwzgórze stymuluje przysadkę do wydzielania TSH.

    • TSH stymuluje reakcje enzymatyczne prowadzące do syntezy i uwalniania T4 i T3 z tyreoglobuliny.

Page 14:

  • Budowa hormonów tarczycy

    • Glikozylowany peptyd z dwoma łańcuchami α i β

    • α występuje w hormonach FSH, LH, HCG, a β tylko w TSH

  • Zaburzenia wydzielania hormonów

    • Niedobory enzymów w syntezie hormonów powodują niedoczynność tarczycy u noworodka

    • Kontrola wydzielania TSH poprzez ujemne sprzężenie zwrotne z hormonami tarczycy

    • W nadczynności tarczycy wzrost hormonów powoduje spadek TSH

  • Wartości podwyższone i obniżone

    • Podwyższone: Choroba Graves'a, Plummera, guzki toksyczne, ostre zapalenie tarczycy

    • Obniżone: Niedoczynność tarczycy, usunięcie tarczycy, niedoczynność przysadki, niedobór jodu, Zespół Cushinga

Kalcytonina:

  • Budowa i funkcje

    • Peptyd z 32 aminokwasów, występuje jako monomer lub dimer

    • Produkowana głównie w komórkach C tarczycy

    • Reguluje gospodarkę wapniowo-fosforanową ustroju

    • Hamuje wchłanianie wapnia w nerkach, obniża poziom wapnia we krwi

    • Hamuje wchłanianie wapnia przez jelita, wspomaga odkładanie się wapnia w kościach

    • Receptory na komórkach C tarczycy reagują na stężenie wapnia w osoczu

Page 15

  • Kalcytonina i jej działanie

    • Kalcytonina obniża stężenie wapnia i zmniejsza stężenie fosforanów w osoczu.

    • Hamuje działanie osteoklastów w kościach.

    • Hamuje reabsorpcję wapnia i fosforanów przez komórki nerkowe.

    • Zwiększa wydalanie wapnia i fosforanów.

  • Parathormon (PTH) i jego rola

    • Zwiększa stężenie wapnia w osoczu.

    • Istotny dla utrzymania prawidłowego stężenia jonów wapnia.

  • Receptory dla T3

    • Receptory jądrowe wpływające na aktywność genów.

    • Wiążą się głównie z T3.

    • Wyróżnia się 2 typy receptorów: Trα i TRβ.

Regulacja wydzielania hormonów tarczycy

  • Kontrola wydzielania hormonów tarczycy

    • Ujemne sprzężenie zwrotne między podwzgórzem, przysadką a tarczycą.

    • TRH z podwzgórza stymuluje wydzielanie TSH z przysadki.

    • TSH stymuluje syntezę tyreoglobuliny i uwalnianie T4 oraz T3.

  • Regulacja produkcji kalcytoniny

    • Zależy tylko od stężenia wapnia we krwi.

Odwrotna trójjodotyronina (rT3)

  • Enzymy związane z rT3

    • Dejodynaza typu I (D1) i Dejodynaza typu II (DII) mają kluczowe role.

    • D1 powoduje powstanie rT3.

    • DII konwertuje T4 do T3.

  • Działanie rT3

    • Jest hormonalnie nieczynna, działa przeciwstawnie do T3.

    • Wiąże się z receptorem dla T3, ale jest nieaktywna.

    • Wzrost rT3 prowadzi do zmniejszenia uwalniania hormonów tarczycy.

  • Czynniki wpływające na poziom rT3

    • Głodzenie, jadłowstręt psychiczny, ciężki uraz fizyczny, zaburzenia wątroby, stany pooperacyjne, ciężkie zakażenia, oparzenia, zespół wieńcowy.

    • Wzrost rT3 obserwowany w nadczynności tarczycy.

  • Powstawanie rT3

    • Może być skutkiem przełączenia dejodynacji T4 na wariant sprzyj