H O R M O N I

Cursul 1 25.02.2015

• Definiţie

• Clasificare

• Reglarea secreţiei endocrine

• Receptori hormonali

• Mecanism de acţiune hormoni liposolubili

Secretina este primul peptid identificat ca

hormon

produs de celulele enteroendocrine,

gastrointestinale,

şi secretat în sânge ca răspuns la scăderea

pH-ului în intestin sub 4,5

Care este ţinta ? secretina stimulează

secreţia de bicarbonat de către pancreas

pentru neutralizarea acidităţii

E. Starling şi Bayliss în 1904

• Hormonul este:

“ o substanţă chimică

elaborată de o celulă sau un grup de celule

specializate (celule endocrine), şi

transportată prin sistemul circulator la o celulă

ţintă,care răspunde printr-o modificare a funcţiei sale“

• Hormonul este

“ un mesager primar

care duce informaţia

☺de la celulele senzor

(care percep modificările din mediu)

☺la celulele ţintă (care răspund la modificări)“

• H nu produce nimic nou într-o celulă

activează sau inhibă un mecanism preexistent

Un H se poate adresa

mai multor ţesuturi şi

poate determina acţiuni diferite în diferite ţesuturi

• R pentru acetilcolină se află pe suprafaţa celulelor:

-muşchilor striaţi,

-muşchiului inimii

-celulelelor acinare pancreatice

Acetilcolina determină:

-contracţia muşchilor striaţi

-scăderea vitezei de contracţie a inimii sau

-exocitarea granulelor secretorii care conţin enzimele digestive din celulele pancreatice.

• Diferiţi H pot induce acelaşi răspuns celular

în câteva tipuri de celule

Ex, glucagonul şi adrenalina, pot induce

degradarea glicogenului în celulele hepatice

şi eliberarea glucozei în sânge

degradarea TAG în adipos

Sistemul endocrin:

-glandele endocrine;

-hormonii produşi;

-ţesuturile ţintă

Sistemul endocrin şi sistemul nervos central

asigură comunicarea între diverse părţi ale

organismului

Tipuri de hormoni şi glande producătoare

1.Hormonii hipotalamo hipofizari • Hormonii hipotalamici = peptide care (3 – 44 aa)

După acţiunea fiziologică:

-RH (releasing hormone), care stimulează sinteza şi secreţia hormonilor adenohipofizari;

-RIH (release inhibiting hormone), care inhibă eliberarea tropinelor hipofizare.

Hormoni Hipotalamici

H eliberator al tireotropinei (TRH)

H eliberator al corticotropinei (CRH)

H eliberator al gonadotropinelor (Gn RH)

H eliberator al hormonului de creştere (GH-RH sau GRH).

H care inhibă eliberarea hormonului de creştere (GH-RIH).

H care inhibă eliberarea prolactinei (PRIH)

Hormoni adenohipofizari

Adenohipofiza cuprinde cinci tipuri de

celule secretorii:

-Somatotrope; GH

-Corticotrope; ACTH

-Gonadotrope; LH şi FSH

-Tireotrope; TSH

-Lactotrope. PRL

• Adenohipofiza produce tropine

care reglează funcţiile altor glande endocrine

• În celulele corticotrope proopio-melanocortină (POMC)

peptidaze

fragmente cu funcţii hormonale de

neurotransmiţători, neuromodulatori:

-ACTH (hormonul adrenocorticotrop);-LPH (hormonul lipotrop);

- -MSH (hormonul stimulator al melanocitelor);-endorfine.

precursor PRE Proopiomelanocortinã (~285 aa)

gena se exprimã în lobul anterior º i intermediar din adenohipofizã

procesare în adenohipofizã

POMC (1-134)

ACTH (1-39) -LPH (42-134)

-MSH (1-13) CLIP (18-39) -LPH (42-101) endorfina (104-134)

-MSH (84-101) -endorfina (104-118)

-endorfina (104-117)

• Neurohipofiza, elibereazã:– Vasopresina– Oxitocina

• Tiroida:-T3 şi T4(celulele C)- calcitonina

• Paratiroide:-Parathormon

• Suprarenale:

Cortex: -Cortizol -Aldosteronă

-Androstendionă -Dehidroepiandrosteronă

Medulară: -Epinefrină (adrenalină) -Norepinefrină (noradrenalină)

• Glande sexuale:Testicule: -testosteronă

-estradiol -androstendionă

Ovare: -progesteronă -estradiol -testosteronă -androstendionă

Placentă: -progesteronă -estrogeni• Pancreas: -insulină -glucagon -somatostatină• Inimă: -peptidul natriuretic atrial (natriopeptină)• Rinichi: -renină -eritropoetină -1,25-dihidroxicolecalciferol (calcitriol)

• Ficat şi alte organe: -IGF (insulin-like growth factor) • Gastrointestinali: -gastrina -secretina -colecistochinina• Plachete: -PDGF (platelet derived growth factor-

factorul de creştere eliberat de plachete)• Monocite, macrofage: -interleukine• Limfocitele T: -interferonul

Sistemul endocrin cuprinde trei nivele ierarhice

• hipotalamus;

• hipofiza;

• glande endocrine periferice.

H I P O T A L A M U S

Hormonii hipotalamici (RH)

Hipofiza posterioarã

AdenohipofizaOxitocinã Vasopresinã

TSH ACTH FSH LH GH PRL LPH MSH

Testicule Ovare Pancreas

InsulinãGlucagon

Somatostatinã

ProgesteronãEstradiolTestosteronã

Cortexsuprarenal

Corticosteroizi

Tiroidã

Tiroxinã

Medulosuprarenalã

Adrenalinã

Clasificare hormoni

1.După locul de sinteză şi acţiune:

• Hormoni endocrini (apelează la torentul sanguin)

(ex. insulina produsă de pancreas acţionează asupra celulelor ţintă din alte ţesuturi).

• Hormoni locali (nu apelează la torentul sanguin):

Hormoni paracrini, (somatostatina produsă de celulele de tip D din pancreas) (neurotransmiţători)

Hormoni autocrini(tromboxanul produs de trombocit) (factorii de creştere) Semnalizarea autocrină este comună celulelor tumorale.

• Hormonii pot acţiona ca:

endocrini faţă de un ţesut şi paracrini faţă de alte celule.

☺Somatostatina este:

-hormon hipotalamic endocrin faţă de adenohipofiză

-hormon paracrin produs de celulele D din pancreas, acţionează asupra celulelor A şi B.

☺Adrenalina acţionează atât ca neurotransmiţător (semnalizare paracrină) cât şi ca hormon sistemic (semnalizare endocrină).

2.După natura chimică. • Hormoni derivaţi de la aminoacidul tirozină:

catecolaminele şi tiroidienii.

• Hormoni de natură polipeptidică sau proteică: insulina, glucagonul, parathormonul, calcitonina, somatostatina, hormonii hipotalamo-hipofizari, etc.

• Hormoni derivaţi dintr-un nucleu steroidic: -steroizi: mineralocorticoizi, glucocorticoizi, sexuali.

-pseudosteroizi: 1,25-dihidroxi D3 (calcitriol), derivat din vitamina D3.

• Hormoni derivaţi din acidul arahidonic numiţi

eicosanoizi: prostaglandine, tromboxani, leucotriene, lipoxine.

3.După modul de sinteză

• hormoni sintetizaţi şi secretaţi ca atare

(catecolaminele, aldosteronul, estradiolul, T3);

• hormoni sintetizaţi şi păstraţi în glanda respectivă

într-o formă inactivă de prohormon sau preprohormon.

Pre-pro-hormon Pro-hormon Hormon

• Activarea:

-în glanda producătoareex. preproinsulina în pancreas

preproparathormonul în paratiroide.

-în ţesuturile perifericeex. hormonul tiroidian T4 se transformă în forma activă

T3 în ţesuturile ţintă.

-în sânge

ex. angiotensinogen angiotensină II are loc în sânge,

ţesutul ţintă pentru angiotensină II fiind cortexul suprarenalelor.

4.După modul de acţiune asupra fluxului de

energie metabolică

Hormoni implicaţi în depozitarea energiei metabolice – ex.insulina.

• Hormoni implicaţi în mobilizarea energiei metabolice– ex. glucagonul– catecolaminele– cortizolul– somatotropina (hormonul de creştere)

5.După solubilitatea în apă.

• Hormonii liposolubili – steroizi– tiroidieni– acid retinoic– calcitriol

• Hormoni hidrosolubili – peptide ca:

• insulina• glucagonul, etc., sau

– amine ca: • adrenalina• histamina

Transportul hormonilor în sânge • Hormonii hidrosolubili:

– de natură peptidică – catecolaminele

» circulă liberi în sânge.

• Hormonii liposolubili:– steroidici – tiroidieni

» circulă în sânge liberi sau legaţi de proteine transportoare

specifice (hormon-binding globulin).

Thyroxine-, cortisol-, sex steroide-binding globulin

☺hormonul liber, nelegat, este forma biologic activă

Serumalbuminele pot lega mulţi dintre hormonii

liposolubili, nespecific.

Timpul necesar eliberării hormonului în

circulaţie

• secunde pentru adrenalină

• câteva ore sau zile pentru estrogeni

Durata de viaţă a hormonilor în plasmă

• de ordinul secundelor sau minutelor pentru hormonii hidrosolubili

• de ordinul orelor pentru hormonii liposolubili.

Reglarea secreţiei endocrine

-bioritm;

-neurogen;

-conexiune inversă (feed back negativ şi pozitiv).

Bioritmurile

• Bioritmurile sunt oscilaţii periodice, cu maxime şi

minime de secreţie pentru hormonul respectiv.

Ex.

-pentru adrenalină secreţia maximă se produce în

cursul zilei;

-secreţia maximă de cortizol se produce dimineaţa

înainte de trezire din somn.

Reglarea neurogenă

• Hipotalamusul

• Medulosuprarenala

• Epifiza

– sunt traductori neuroendocrini care pot transforma

informaţia nervoasă, în mesaj hormonal.

Reglarea prin conexiune inversă, pozitivă sau negativă

• Controlul prin feed back negativ

între sistemul hipotalamo-hipofizar şi

glanda producătoare de hormon.

Stress si alte semnale

Sistemul nervos central

Hipotalamus

Hipofiza anterioarã

Glanda hormonalã tintã

Hormoni

Hormon de eliberare

Tropine hipofizare

• Reglarea prin feed back negativ realizată prin

diferite substanţe

Ex. creşterea glicemiei

creşte secreţia de insulină

care stimulează captarea glucozei de către unele ţesuturi.

Scăderea glicemiei determină scăderea

secreţiei de insulină.

Controlul prin feed back pozitiv

• Creşterea peste anumite limite a estradiolului,

determină o creştere de 4-6 ori a FSH şi LH,

declanşând ovulaţia (feed back pozitiv).

Concentraţia sanguină a hormonilor

• nmoli sau pmoli:

• faţă de concentraţia unor metaboliţi circulanţi care se exprimă în mmoli

moli/L) 1010( 912

) ( moli/L1010 35

• Ce este o celulă ţintă ?

• Celulă capabilă să

recepteze şi

să răspundă

la un mesaj hormonal

• Cum interacţioneazã hormonii

cu celulele ţintã ?

Receptori hormonali

Receptorii hormonali = proteine alosterice ►membranare sau

►intracelulare

din celulele ţintă

M olecule circulan te d in spatiu l extracelula r

R eceptorH orm on

T ipuri de celule1 2 3 4 5 6

• Receptorii au 2 situsuri active:

-unul pentru legarea H

-celălalt pentru prelucrarea şi transferul

semnalului extern

Interacţia: H - R -este reversibilă

-se realizează prin forţe slabe, necovalente

Legarea H-R se caracterizează prin specificitate, saturabilitate, afinitate.

Kd=10-6M măsoară afinitatea H-R

Kd=[H].[R]/[HR]

H + R HR

Deşi au specificitate şi afinitate mare pentru un anumit

ligand R pot lega:

agonist interacţionează cu R şi declanşază în

celulă un răspuns hormonal.

antagoniştii se leagă la R dar nu produc un

răspuns hormonal (sunt folosiţi în farmacologie, ex.

propranololul este blocant).

• Transducerea semnalelor hormonale prin:

R membranari, pentru hormonii

hidrosolubili

R intracelulari, pentru hormonii liposolubili :

• Citoplasmatici

• Nucleari

• R intracelulari

au 2 domenii:

-domeniu pentru legarea H

-domeniu pentru legarea la o zonă specifică

din molecula ADN

• Complexul H-R format influenţează direct

viteza de transcriere a unor gene.

• Dualitatea funcţională a R celular

– leagă H şi transduce semnalul hormonal în

interiorul celulei ţintă

Mecanismul de acţiune al hormonilor liposolubili

• Reglarea funcţiei nucleare de cãtre:steroizi tiroidieni calcitriol acid retinoic

prostaglandinele, DEŞI SUN DE NATURĂ LIPIDICĂ acţionează paracrin prin intermediul

receptorilor membranarI

H liposolubili trec prin membrane

interacţionează cu:

– R intracelulari localizaţi în:

• citoplasma sau

• nucleul celulelor ţintă

☻

1.Mecanismul de acţiune al hormonilor

steroizi

Prin R intracelulari, cu 2 situsuri:

-pentru legarea H prin legături slabe,

necovalente;

-pentru legare la ADN:

Situsul de legare la ADN

♦ bogat în Lys şi Arg care

interacţionează ionic

cu o porţiune din catena de ADN numită

“secvenţă ce răspunde la hormon“

(hormon responsive element)

♦bogat în Hys şi Cys care cu

formează structuri tip “finger”

2Zn

Structuri tip “Finger“

INTERSTITIU CITOSOL NUCLEU

Membrana celularã

HSP

Membrananuclearã

Receptor activat ADN

ARN mesager

Legare la ADN

Hormon steroidian Complex

H-R-HSP

Secventa afectatã

Sintezã proteinã

Mecanismul de acţiune al hormonilor tiroidieni

• H tiroidieni ca şi acidul retinoic difuzează

direct în nucleul celulelor ţintă.

La nivel nuclear,

R pentru H tiroidieni sunt

complexaţi cu un corepresor şi

legaţi de secvenţe specifice de ADN care

răspund la acţiunea

hormonilor

(the thyroid hormone response element-TRE).

Hormon + Receptor + secvenţă ADN

Complexul receptor-corepresor este un represor activ al

transcrierii

genelor.

Complexul H-R

disociază de corepresor şi

leagă cu afinitate mare unul sau mai mulţi coactivatori,

rezultatul fiind

activarea transcrierii genelor specifice unor proteine reglatoare

prin intermediul cărora hormonul îşi realizează rolul

TRE

CitoplasmãNucleu

TRE TRE

+ +

coactivator

corepresor

ADN

Hormon

Complexreceptor-corepresor

ARNm Proteine

Reglarea exprimării genelor de către hormonii tiroidieni (TRE = secvenţă ADN care răspunde la acţiunea hormonului tiroidian)

• H tiroidieni controleazã cca 25 % din

metabolismul bazal

în majoritatea ţesuturilor

• La nivel nuclear,

H tiroidieni stimulează

sinteza ATP-azei Na+/K+ şi a

GH

• Prin acţiunea la nivelul membranei celulare

H tiroidieni stimulează pătrunderea aa cu

radical hidrofob şi a glucozei în celule

• La nivel mitocondrial, activează exprimarea

unor gene mitocondriale, activează respiraţia

mitocondrială şi sinteza de ATP.

• R membranari pot fi împărţiţi în patru clase:

-R cuplaţi cu tirozin kinaze citosolice;

-R cu activitate enzimatică intrinsecă;

-R cu rol de canale ionice;

-R care se leagă de proteine G.

R care formează canale pentru diferiţi ioni

• Trecerea ionului prin canal modifică potenţialul electric de-a lungul

membranei.

• Ex, la joncţiunea nerv-muşchi, acetil colina se leagă la un R specific ce

permite Na+ să migreze în interior şi K+ să migreze în exteriorul celulei ţintă.

Ligand

Membranã

Citosol

IonLoc de legare pentruligand

Receptori cuplaţi cu tirozin kinaze citosolice

• Pentru: citokine, interferoni, hormonul de creştere, prolactina

• Receptori nu au activitate catalitică intrinsecă

Ligand

Protein-tirozin kinaze (inactive)

P P

ATPADPP P

Proteinã substratATP

ADP

Proteinã substratfosforilatã

P

OH

Receptori cuplaţi cu tirozin kinaze citosolice.

R cu activitate enzimatică intrinsecă localizată în domeniul citosolic

Ex.

• R specific factorului atrial natriuretic catalizează

transformarea GTP la GMPc.

• Alţi R acţionează ca protein – fosfataze activând

proteine prin defosforilarea resturilor de fosfotirozină

din structura acestora.

Ligand

Citosol

Exterior

GTP

3`,5`-GMPc

PPa

R cu activitate guanilat ciclazică generează GMPc la legarea factorului atrial

natriuretic.

R cu activitate tirozin kinazică intrinsecă

• fosforilează resturi de Tyr proprii sau resturi de Tyr ale

unor proteine ţintă. Fosforilarea Tyr este corelată cu

proliferarea celulară.

• Normal, în celulele mamiferelor, din 3000 de resturi

aminoacidice fosforilate, doar unul este de Tyr, restul

fiind de Ser şi Thr.

• 4 clase de receptori cu activitate tirozin kinazică intrinsecă

• Agoniştii în acest caz sunt: insulina şi factorii de creştere.

Factorii de creştere

• sunt polipeptide sintetizate în diferite ţesuturi, care după secreţie pot acţiona:

- autocrin

-paracrin

-endocrin. • acţionează asupra celulelor:

nervoase

epiteliale

mezenchimale

sanguine

• Clasificare factori de creştere:

-factori de creştere care acţionează asupra unei varietăţi mari de tipuri celulare:

IGF-I (factori de creştere asemănători cu insulina)

EGF (factorul de creştere al epidermei)

PDGF (factorul de creştere eliberat de plachete)

FGF (factorul de creştere derivat din fibroblaşti).

-factori de creştere cu specificitate înaltă de ţesut: NGF (factorul de creştere al nervilor)

eritropoietina (produs de rinichi şi ficat)

limfokine (factori de creştere ai limfocitelor).

Membranã

Domeniu

Domeniuextracelular

N N

C C C

N

intracelular

N N

C C

Domeniutirozinkinazic

1) 2) 3) 4)

Receptori tirozin kinazici.Tipul 1 (pentru EGF) şi tipul 2 (pentru insulină), conţin domenii extracelulare

bogate în cisteină. Tipurile 3 (pentru PDGF) şi 4 (pentru FGF) conţin domenii extracelulare

asemănătoare anticorpilor, iar domeniile kinazice nu sunt continue. In receptorul de tip 2 (pentru insulină), fiecare lanţ este legat prin punţi

disulfurice la lanţul şi la celălalt lanţ . Capetele N-terminale ale receptorilor, sunt extracelulare.

• La legarea H la R se activează domeniul catalitic

citosolic al R

Proteinele ţintă, care induc creşterea şi diferenţierea

celulară, sunt activate prin fosforilarea resturilor de Tyr

din structura lor.

• Mutaţiile, care determină activitatea tirozin kinazică

persistentă în aceşti receptori, duc la cancer.

Receptorul insulinic

• sintetizat sub forma unui singur polipeptid

• este glicozilat şi

• clivat în

– două subunităţi şi

– două subunităţi

• care se asociază prin punţi disulfurice într-un tetramer

• La legarea insulinei R se autofosforilează, în prezenţă de ATP,

la Tyr din domeniul catalitic citosolic (protein kinazic-tyrozin

specific) al subunităţilor

• Receptorul fosforilat activează proteine substrat pentru

receptorul insulinic din citosol.

– Sunt cel puţin 4 molecule numite IRS 1-4 (insulin receptor substrates)

• cu structură similară

• dar distribuţie tisulară diferită,

– care ca răspuns la acţiunea hormonului, reglează anumite evenimente

intracelulare

YY

Y

Y

YY

Y

YPP

PP

Insulinã

IRS - YIRS - Y -

IRS fosforilat fosforileazã alte kinaze si fosfataze ducând la realizarea rolurilor biologice ale insulinei

Translocarea GLUT-4 Cresterea celularã

Sinteza ADNîn adipocite si muschi scheletici din citosol în membranã

Transcrierea genelor pentru cca. 100 proteine: Glucokinaza, PEPCK, FFK-1, Piruvat kinaza

Activarea enzimelorFosfodiesterazaProtein fosfataze

P

R care se leagă de proteine G (specifici pentru epinefrină, glucagon, serotonină)

• Majoritatea conţin 7 segmente transmembranare

-helix, asemănător receptorului adrenergic

Ex:

-R activaţi de lumină (rodopsina) din ochi;

-mii de receptori pentru miros din nasul mamiferelor şi

-receptori pentru diferiţi hormoni şi neurotransmiţători.

NH3+

-OOC

Extracelular

Intracelular

-helix transmembranar

• Opsina este o proteina transmembranara cu 7 segmente

All-trans-retinal 11-cis-retinal

Opsina

Rodopsinah

impuls nervos

1.H hidrosolubili nu pătrund în celulă

Receptorii pentru H hidrosolubili sunt glicoproteine:

oligomere

multidomeniale

membranare

cu specificitate şi afinitate mare pentru un anumit ligand:

☺☺H hidrosolubili

modifică activitatea:

unor enzime sau

factori de transcriere

existenţi în celule

• Intensitatea răspunsului celular la acţiunea unui H depinde de:

-numărul de receptori

-de gradul de ocupare al acestora cu ligand.

Numărul de receptori poate fi reglat de concentraţia H în sânge:

up regulation (prolactină, angiotensină II)

down regulation (insulină în diabetul zaharat)

• Durata de acţiune

• a H hidrosolubili este mai mică, iar răspunsul

celular este mai rapid

• în comparaţie cu H liposolubili.