Comunicazione chimica

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
• Ka >= 10-8 M
• Subunità recettrice
• Subunità effettrice
Ligandi liposolubili
Recettore intracellulare
Ligandi idrosolubili
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
Recettori tirosina-chinasi (RTK)
I recettori enzimatici possiedono 2
regioni:
 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 Gs
Tossina pertussica (PTX) Proteina Gi
I secondi messaggeri
• Messaggeri
nucleotidici
•
•
• Messaggeri
inositidici
Adenosinmonofosfato
ciclico (cAMP)
Guanosinmonofosfato
ciclico (cGMP)
•
Ioni calcio
•
•
Diacilglicerolo
(DAG)
Inositolo trifosfato
(IP3)
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 (H2S)
NO Arginina + O2 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)
H2S Agisce nel sistema cardiovascolare come
vasodilatatore
Nuove molecole segnale
Molecole segnale paracrine derivate da lipidi
 Eicosanoidi derivanti dall’acido arachidonico (acido grasso a 20 atomi di carbonio).
Fosfolipasi A2
Modifica l’attività di
canali ionici e di
enzimi intracellulari
 Sfingolipidi: modulano l’infiammazione, l’adesione, la migrazione delle cellule, la
crescita e la morte cellulare (recettori accoppiai a proteine G)
Modulazione delle vie di ricezione del
segnale
• Specificità;
• Competizione;
• Saturazione.
•Agonisti e antagonisti.
•Diversi recettori singolo
ligando.
•Compartimentalizzazione