UKŁAD DOKREWNY cz. 2

Wysepki trzustkowe (Langerhansa): grupy komórek dokrewnych
produkujących hormony białkowe
UKŁAD DOKREWNY
cz. 2
Elementy składowe:
• komórki dokrewne
• kapilary okienkowe
• włókna nerwowe
Typy komórek dokrewnych
wysepek trzustkowych
Komórki dokrewne:
• szorstka siateczka
• aparat Golgiego
• liczne ziarna wydzielnicze
Typ
%
Lokalizacja
w wysepce*
Produkowany
hormon
A (alfa)
B (beta)
D (delta)
PP
10-35
55-80
5-7
0,5-2
obwodowa
centralna
rozproszona
rozproszona
glukagon
insulina
somatostatyna
polipeptyd trzustkowy
*u zwierząt, u człowieka wszystkie komórki są rozproszone
Typy komórek można identyfikować immunohistochemicznie...
B
A
D
A
B
... lub w mikroskopie
electronowym, z uwagi
na różną wielkość
i morfologię ziarn
wydzielniczych
D
PP
Charakterystyka ziarn:
Komórka A :
250 nm, okrągły ciemny rdzeń, wąskie „halo”
Komórka B:
300 nm, nieregularny ciemny rdzeń, szerokie „halo”
Komórka D:
350 nm, jaśniejsza zawartość, bez rdzenia
Komórka PP:
150 nm, ciemna zawartość, bez rdzenia
1
Cztery przytarczyce o budowie zrazikowej leżą w torebce
otaczającej tarczycę
Cukrzyca:
typu I – reakcja autoimmunologiczna powoduje zniszczenie
komórek B i niedobór endogennej insuliny
typu II – zmniejszona liczba receptorów dla insuliny
w komórkach docelowych powoduje nadmierne
zapotrzebowanie na insulinę, któremu komórki B
nie mogą sprostać
Komórki główne:
Elementy składowe:
• komórki główne (dokrewne)
• komórki oksyfilne
• grupy adipocytów
• kapilary okienkowe
a. ciemne (aktywne)
• bardzo małe (6-8 um)
• siateczka szorstka,
ap. Golgiego, ziarna
wydzielnicze
• hormon produkowany:
parathormon (PTH)
b. jasne (nieaktywne)
• mniej siateczki i ap. Golgiego
• duże skupiska glikogenu
• ziarna lipofuscyny
Komórki oksyfilne:
• większe (10-15 um)
• silnie kwasochłonne
• bardzo dużo mitochondriów
• są to degenerujące komórki,
główne
• są odmianą onkocytów
Szyszynka rozwija się z tkanki nerwowej
Szyszynka jest
uwypukleniem międzymózgowia pełniącym
funkcję wydzielniczą
(dokrewną). Stąd jej
komórki są zmodyfikowanymi neuronami lub
komórkami neurogleju
2
Tkanka łączna opony miękkiej tworzy torebkę szyszynki i niekompletne
przegrody dzielące miąższ na zraziki
Elementy składowe zrazika:
• pinealocyty (komórki dokrewne)
• komórki śródmiąższowe (zmodyfikowane
astrocyty)
• kapilary okienkowe
• piasek szyszynkowy (złogi mineralne)
regulacja
kapilara
synteza
zakończenia wypustek
pinealocytów
transport
Pinealocyty (przekształcone kom. nerwowe)
• wypustki dochodzące do kapilarów
• siateczka szorstka, ap. Golgiego, ziarna wydzielnicze, „wstążki synaptyczne”
• białka błonowe charakterystyczne dla fotoreceptorów
• zakończenia włókien nerwowych układu sympatycznego
Piasek szyszynkowy (corpora arenacea) to niewielkie ziarna zbudowane
z fosforanów i węglanów wapnia, obecne w miąższu pomiędzy komórkami
i w tkance łącznej. Ich liczba wzrasta z wiekiem.
Główne produkty wydzielnicze:
• melatonina (amina biogenna)
• serotonina (substrat dla syntezy
melatoniny)
• peptydy (somatostatyna)
egzocytoza
są transportowane wewnątrz
wypustek i uwalniane w pobliżu
naczyń
Bodźce nerwowe
generowane w siatkówce
pod wpływem światła,
docierają do szyszynki
włóknami układu
sympatycznego.
Neuroprzekaźnik (NA)
hamuje syntezę
melatoniny, która
produkowana jest
głównie w ciemności.
Melatonina steruje
rytmami organizmu:
• okołodobowym
• rocznym (sezonowym)
światło
szyszynka
oko
drogi nerwowe
układu
sympatycznego
Melatonina działa m.in.
przysadka
na podwzgórze, hamując
wydzielanie hormonu
uwalniającego gonadotropiny
3
System rozproszonych komórek dokrewnych (DNES)
System DNES (diffuse neuroendocrine system) obejmuje komórki dokrewne
o podobnym pochodzeniu, strukturze, metabolizmie i charakterze chemicznym
produkowanych hormonów. Komórki te mogą wchodzić w skład niektórych
gruczołów dokrewnych, albo mogą się znajdować w nabłonkach i gruczołach
zewnątrzwydzielniczych różnych układów.
• pochodzenie: ektoderma
zaprogramowana w kierunku nerwowym
• hormony: peptydy i aminy biogenne
Melatonina bywa stosowana jako lek poprawiający sen,
szczególnie przy zmianach rytmu dobowego.
• metabolizm:
- produkują aminy biogenne
(adrenalina, noradrenalina,
dopamina, serotonina, melatonina)
- pobierają ich prekursory
- przekształcają prekursory
w aminy biogenne (dekarboksylacja)
- zawierają enzymy charakterystyczne
dla neuronów (AChE, NSE)
- syntetyzują peptydy
• morfologia i ultrastruktura:
- liczne ziarna wydzielnicze
- szorstka siateczka, wolne rybosomy, Golgi
- rozbudowany cytoszkielet
- w nabłonkach: odwrócona polaryzacja,
typy otwarty i zamknięty
Powiązania pomiędzy systemem DNES a układem nerwowym
•
•
•
•
Klasyfikacja komórek systemu DNES
podobne pochodzenie
te same produkty wydzielnicze (niektóre aminy i peptydy są
również neuroprzekaźnikami, np. noradrenalina, dopamina, CGRP,
VIP, substancja P)
komórki obu układów zawierają enzymy charakterystyczne dla
neuronów
te same komórki mogą należeć do obu układów (komórki
neurosekretoryczne podwzgórza, pinealocyty)
Mechanizmy molekularne sygnalizacji międzykomórkowej
Centralne:
• komórki neurosekretoryczne
podwzgórza
• pinealocyty
• komórki dokrewne przysadki
Obwodowe:
• komórki C (tarczyca)
• komórki główne (przytarczyce)
• komórki A, B, D, PP (wysepki trzustkowe)
• komórki chromochłonne (rdzeń nadnerczy)
• komórki chemoreceptoryczne kłębków
szyjnych i aortalnych
• komórki
• komórki
• komórki
• komórki
• komórki
dokrewne
dokrewne
dokrewne
dokrewne
Merkla
cewy pokarmowej
dróg oddechowych
dróg moczowych*
dróg rozrodczych*
Sygnalizacja międzykomórkowa
jest niezbędna dla:
• prawidłowego funkcjonowania
komórek
• namnażania komórek
• różnicowania komórek
• przeżycia komórek
Główne rodzaje cząsteczek
sygnałowych:
• neuroprzekaźniki
• hormony
• czynniki wzrostu
• cytokiny
prawidłowa
czynność
podział
różnicowanie
śmierć
*b. nieliczne
4
Dwie główne zasady sygnalizacji międzykomórkowej:
Rodzaje sygnalizacji międzykomórkowej
1. Na sygnał reagują tylko te komórki, które
mają receptory dla cząsteczek sygnałowych
2. Odpowiedź komórki na sygnał zależy od
specjalizacji czynnościowej komórki i od
rodzaju receptora (mogą istnieć różne
receptory dla jednej cząsteczki sygnałowej)
endokrynowa (dokrewna)
nerwowa (synaptyczna)
parakrynowa
autokrynowa
Lokalizacja receptora w komórce
zależy od tego, czy cząsteczka
sygnałowa może przejść przez
błonę komórkową
kontaktowa
część wiążąca
cząsteczkę sygnałową
(zewnątrzkomórkowa)
część
wewnątrzkomórkowa
Receptory błonowe
błona
komórkowa
Funkcje receptora błonowego:
• rozpoznanie i związanie cząsteczki sygnałowej
• transdukcja sygnału
• aktywacja efektora
(błonowy)
Jeżeli te wszystkie funkcje są pełnione przez receptor,
mówimy o transdukcji jednoskładnikowej; jeżeli w interakcji
receptor-efektor pośredniczą inne białka jest to transdukcja
wieloskładnikowa
Typy receptorów błonowych
Transdukcja sygnału
i jego modyfikacje
jony
1. Receptory sprzężone z kanałami
jonowymi (= kanały otwierane
ligandem)
cz. sygnałowa
Bezpośrednia odpowiedź:
natychmiastowe otwarcie kanału
transdukcja
modulacja przez
inne czynniki
wzmocnienie
2. Receptory
sprzężone
z białkami G
cz. sygnałowa
Bezpośrednia
białko G
efektor
odpowiedź:
aktywacja
pierwszego efektora (np. enzymu)
rozdzielenie do
różnych efektorów
aktywowane
białko G
aktywowany
efektor
cząsteczka
sygnałowa
3. Receptory o funkcji enzymatycznej
REGULACJA
PROCESU
METABOLICZNEGO
REGULACJA
EKSPRESJI
GENU
REORGANIZACJA
CYTOSZKIELETU
Bezpośrednia odpowiedź: aktywacja
wewnątrzkomórkowej enzymatycznej części
receptora
nieaktywna część
enzymatyczna
aktywna część
enzymatyczna
5
Transdukcja sygnału przy udziale białka G
błona komórkowa
białko G
aktywowana
podjednostka α
1
efektor
4
receptor
2
5
aktywacja
efektora
aktywowane podjednostki
białka G
6
3
inaktywacja białka G i efektora
Transdukcja sygnału może powodować w komórce produkcję
wtórnych przekaźników
Trzy szlaki transdukcji sygnału przy udziale białek G
1. Szlak cyklazy adenilanowej
(efektor)
- cyklaza adenilanowa
ATP
(wtórnych przekaźników)
cykliczny AMP (cAMP)
(wtórny przekaźnik)
Liczne cząsteczki wtórnych przekaźników aktywują inne białka efektorowe
w różnych rejonach komórki (wzmocnienie i rozdzielenie sygnału)
2. Szlak fosfolipazy C
3. Szlak kanału potasowego
kanał potasowy
białko G
receptor
fosfatydyloinozytol
fosfolipaza C
diacyloglicerol (DG)
receptor
aktywowane
podjednostki βγ
zaktywowana
podjednostka α
aktywowana
podjednostka α
inny enzym
trójfosforan
inozytolu (IP3)
otwarcie kanału
kalciosom
Wtórne przekaźniki:
IP3, DG, Ca
inaktywacja
Bez udziału wtórnych przekaźników
6
receptor
Wtórne przekaźniki
aktywują kinazy białkowe,
które fosforylują różne
białka w komórce,
zmieniając ich własności.
Efektem tego może być:
• aktywacja lub
inaktywacja enzymu
• aktywacja lub represja
genu
• polimeryzacja lub
depolimeryzacja
elementów cytoszkieletu
• otwarcie kanałów
jonowych
zaktywowana cyklaza adenilanowa
inaktywacja efektora
endocytoza
receptorowa
zaktywowana
podjednostka α
aktywacja
kinazy A
CYTOPLAZMA
por
jądrowy
JĄDRO
eliminacja
wtórnego
przekaźnika
inaktywacja
białka G
cAMP
fosforylacja (aktywacja)
białka regulatorowego
Zakończenie transdukcji
sygnału i odpowiedzi
komórki:
• eliminacja cząsteczki
sygnałowej
• inaktywacja białka G
• eliminacja wtórnego
przekaźnika
• defosforylacja białek
inaktywacja
kinaz
CYTOPLAZMA
por
jądrowy
JĄDRO
defosforylacja (inaktywacja)
białka
aktywacja genu
inaktywacja genu
transkrypcja
translacja
NOWE BIAŁKO
białko Ras
Receptory o funkcji enzymatycznej:
receptory o aktywności kinazy tyrozynowej (1)
Receptory o aktywności
kinazy tyrozynowej (2)
aktywacja
białka Ras
aktywowany
receptor
cząsteczka sygnałowa (dimer)
aktywacja białek pośredniczących
kinaza 1
obszar
kinazy
tyrozynowej
aktywacja pierwszej
kinazy i „kaskadowa
fosforylacja”
autofosforylacja
grup tyrozynowych
aktywacja
wiązanie i aktywacja
wewnątrzkomórkowych
białek regulacyjnych
Aktywacja białka Ras
i „kaskadowa fosforylacja”
białek
kinaza 2
kinaza 3
białko A
białko B
białko C
białko D
Aktywacja wewnątrzkomórkowych białek sygnalizacyjnych/regulacyjnych
Receptory wewnątrzkomórkowe: odpowiedź na hormony
steroidowe
Receptory o aktywności cyklazy guanilanowej
hormon
miejsce wiążące hormon
białko inhibitorowe
obszar aktywujący gen
błona komórkowa
receptor
obszar wiążący DNA
obszar
cyklazy
guanilanowej
przejście kompleksu receptor-hormon
do jądra komórkowego
hormon
steroidowy
GTP
odblokowanie miejsca wiążącego DNA
aktywacja genu
Synteza wtórnego przekaźnika,
cyklicznego GMP
cGMP
Receptor dla hormonu
steroidowego
TRANSKRYPCJA
TRANSLACJA
NOWE BIAŁKO
7
Czas odpowiedzi na sygnał zależy od tego,
czy w wyniku sygnalizacji dochodzi do modyfikacji (np. fosforylacji)
białek, czy do ich syntezy de novo
cząsteczka sygnałowa
sygnalizacja
receptor
modyfikacja
i zmiana
własności
białek
produkcja nowych białek
zmiana procesów wewnątrzkomórkowych
SZYBKA
(sek – min)
ZMIANA ZACHOWANIA KOMÓRKI
WOLNA
(min – godz)
8