Wykład 17.12.2007

Receptor jonotropowy- wpuszcza jony do komórki. Ligand działa w miejscu zewnątrzkomórkowym. Po przyłączeniu się cząsteczki sygnałowej następuje otwarcie kanału i jony zgodnie z gradientem stężeń migrują do wnętrza

Najważniejszym typem kanałów, które nas tu będą interesowały są kanały wapniowe. Wapń jest przekaźnikiem 3 rzędu.

Pierwsza kategoria, która nas nie interesuje to:

Kanały wapniowe sterowane potencjałem (voltage operatem calcium channel)- w zależności od zmiany potencjału błonowego kanał się otwiera lub zamyka

• ROCK- kanał sterowany receptorem (receptor operated calcium channel)- ligand przyłącza się do części zewnątrzkomórkowej kanału, następuje jego otwarcie i jony wapniowe migrują do wnętrza

• SMOK- kanał sterowany wtórnym przekaźnikiem (second messenger operated channel). Czyli najpierw nastąpiło działanie na receptor w obrębie ligandu, powstał wtórny przekaźnik, a następnie ten wtórny przekaźnik działa od wnętrza komórki i otwiera kanał. SMOK jest najczęściej efektorem docelowym kanału metabotropowego

Najważniejszą cechą każdego receptora metabotropowego jest jego budowa. Mianowicie składa się z domeny wewnątrzkomórkowej, do której przyłącza się ligand, z części wewnątrzkomórkowej, albo efektorowej i z części transmembranalnej zbudowanej z 7 domen helikalnych. Część efektorowa kontaktuje się z dużym białkiem G zbudowanym z 3 podjednostek alfa, beta i gamma (jest heterotrimerem- każda podjednostka jest inna). Białka G są różne i różniste (symbol po G). Niektóre aktywują białka a inne hamują. Są to białka o budowie konserwatywnej. Białko G ma właściwości hydrolizujące GTP, by uzyskać energię.

Białko G może występować w formie trimeru i wtedy ma przyłączone do siebie GTP lub może występować w formie zdysocjowanej. W momencie kiedy przyłącza się cząsteczka sygnałowa takie białko G w formie heterotrimeru przyłączone jest do części efektorowej receptora metabotropowego. To przyłączenie sprawia, że w miejsce GDP przyłącza się GTP a heterotrimer dysocjuje na 2 elementy- na podjednostkę beta-gamma i na podjednostkę alfa. GTP przyłączone jest do podjednostki alfa. Każda z tych części jest aktywna i ma swoje efektory, które aktywuje lub hamuje. Natomiast podjednostka alfa jest dowódcą, ponieważ ma ona przyłączone GTP i tak długo beta- gamma i alfa działają na jakieś efektory dopóki podjednostka alfa nie zhydrolizuje GTP. Wtedy z GTP powstaje GDP i białko G wraca do nieaktywnej formy heterotrimeru. Aktywny kompleks beta-gamma lub alfa oddziałuje na białka docelowe, każda na inne białka- aktywuje lub hamuje.

Defekty białek G dzielą się na wrodzone i nabyte. Najlepiej opisanym defektem wrodzonym jest niedoczynność przytarczyc rzekoma (są przytarczyce i prawidłowo produkują hormony ale w sposób niewłaściwy oddziałują na bodźce). Nabyte: zakażenie przecinkowcem cholery (zaburzenie funkcji białka G w jelicie, następuje brak wchłaniania wody z jelita, wodne biegunki, odwodnienie, zgon), pałeczka krztuśca (koklusz) (wytwarza toksynę w drogach oddechowych, która blokuje białko G szczególnie w obrębie mięśnia sercowego i doprowadza do poważnego uszkodzenia układu sercowo-naczyniowego).

Białka, z którymi współdziałają aktywne podjednostki białka G:

Efektory bezpośrednie - aktywna podjednostka białka G (alfa lub beta-gamma) oddziałuje z białkiem, które od razu uwidacznia efekty i są to np kanały jonowe otwierane od wnętrza komórki (kanał potasowy) po czym jak podjednostka alfa zhydrolizuje GTP to kompleks wraca do formy nieaktywnego heterotrimeru i kanał ulega zamknięciu Są to również translokazy przepuszczające substraty

(w przypadku komórek bakteryjnych są nazywane permeazami)

Efektory pośrednie- enzym, który generuje wtórny przekaźnik, który przekazuje informację dalej

Cyklaza adenylowa- aktywowana przez białko G przekształca ATP w cykliczny 3' 5' AMP (wtórny przekaźnik), który aktywuje kinazę białkową A a ona fosforyluje różne białka- aktywując je bądź hamując ich aktywność.

Inaktywacja cAMP przez fosfodiesterazy (PDE). W efekcie c3'5'AMP ulega przekształceniu w 5'AMP następnie w ATP.

Cyklaza guanylowa- 2 cyklazy guanylowe:

- pierwsza jest związana z błona komórkową: generuje cGMP (inny wtórny przekaźnik), który aktywuje kinazę białkową G, która również fosforyzuje białka ale inne niż kinaza białkowa A

- druga jest cyklaza guanylowa cytoplazmatyczną- ma istotne znaczenie w działaniu NO

Można wywołać pobudzenie komórki nie działając przez receptor metabotropowy i aktywację białka G, ale poprzez zablokowanie fosfodiesterazy. Gdy zablokuje się fosfodiesterazę to następuje „pobudzenie tego szlaku z wnętrza komórki”, ponieważ zahamowanie rozpadu cAMP daje taki efekt jakby komórka była z zewnątrz pobudzana.

Mamy kilka typów inhibitorów fosfodiesterazy:

• Metyloksantyny- efekt pobudzenia układu adrenergicznego

• Viagra- cytrynian sildenafilu

Kolejnym efektorem białek G są fosfolipazy. Fosfolipazy również generuję wtórne przekaźniki. Fosfolipazy są to enzymy, które prowadzą do degradacji fosfolipidów.

A1- odcina rodnik kwasu tłuszczowego w pozycji 1 fosfolipidu (tu najczęściej jest kwas tłuszczowy nasycony)

A2 - w pozycji 2 (kwas tłuszczowy nienasycony)

C- pod wpływem jej działania powstaje diacyloglicerol i fosfoetanolamina

D- fosfodiacyloglicerol i etanoloamina

Najważniejszym związkiem, na który działa fosfolipaza C i D to fosfoinozytydy błonowe. Są to ufosforylowane fosfolipidy zawierające inozytol. Stanowią 5% fosfolipidów błonowych (nie mają wielkiego znaczenia strukturalnego) natomiast mają istotne znaczenie w funkcji.

Związkiem kluczowym na który działa fosfolipaza C jest PIP₂ (4,5- difosforan fosfatydyloinozytolu). Żeby powstał PIP₂ fosfatydyloinozytol musi ulec fosforylacji w 2 pozycjach: 4 i 5 w inozytolu.

Inozytydy = fosfolipidy

Inozytole= pochodne alkoholu inozytolu

Działa ligand aktywacja białka G efektorem pośrednim jest fosfolipaza C, która ulega uaktywnieniu w błonie zlokalizowany jest fosfoinozytyd (PIP₂)hydroliza

Fosfolipaza C uwalnia DG (diacyloglicerol) i IP₃ (1,4,5- trifosforan inozytolu).

DG (nierozp. w wodzie) pozostaje w błonie a IP₃ (alkohol- rozp. w wodzie) przemieszcza się do cytoplazmy.

DG aktywuje kinazę białkową C (PKC) razem z jonami wapnia. IP₃ ma swoje receptory w ER i w innych organellach komórkowych. Po połączeniu się tego wewnątrzkomórkowego ligandu do odpowiedniego receptora następuje otwarcie wewnątrzkomórkowych magazynów wapnia i w odpowiedzi na IP₃ następuje eksplozja wapnia wewnątrzkomórkowego.

Jednym z ważnych mechanizmów działania DG na komórkę jest uruchomienie antyportu sodowo-wodorowego, czyli następuje wpuszczenie do wnętrza komórki Na⁺ i ewakuacja H⁺. Prowadzi to do lekkiej alkalizacji wnętrza komórki co jest niezwykle istotne dla zajście podziału komórkowego. Substancjami, które imitują działanie DG aktywując PKC są tzw. Estry forbolu używane w biochemii do badania aktywności PKC.

Inaktywacja DG i IP₃:

IP₃ może ulegać fosforylacji do IP₄ (1,3,4,5- tetrafosforaninozytolu) do IP₅ i IP₆

Może ulegać defosforylacji do inozytolu (cykl inozytolowy).

DG może ulegać ufosforylowaniu i powstaje kwas fosfatydowy (wtórny przekaźnik)

Może też wejść w tzw. Cykl lipidowy.

Cykl inozytolowy łącznie z cyklem lipidowym służą do odtworzenia PIP₂, czyli odtwarza się związek macierzysty, na który działa fosfolipaza C.

IP₄ i kwas fosfatydowy uruchamiają kanał wapniowy (SMOK) i następuje napływ Ca²⁺ z przestrzeni zewnątrzkomórkowej Ca²⁺ przyłączają się do kalmoduliny aktywacja kalmoduliny kompleks kalmodulina-wapń kontaktuje się z białkiem docelowym aktywacja/hamowanie

Białka docelowe: fosfodiesterazy, cyklazy, ATP-azy błonowe, wpływ na energetykę komórki, wpływ na kurczliwość komórki, na metabolizm węglowodanów, aktywacja fosfolipazy A2, wpływ na białka nieenzymatyczne.

Ca²⁺- przekaźniki 3. rzędu.

Fosfolipaza D- odcina kwas fosfatydowy (wtórny przekaźnik). Po jego defosforylacji powstaje DG.

Fosfolipaza A2- odcina kwas tłuszczowy nienasycony w pozycji 2 glicerolu.

Np. Kwas arachidonowy (eikozatetraenowy)- posiada 4 wiązania nienasycone i 20C. Znajduje się w błonach cytoplazmatycznych po to, aby się nie utlenił. fosfolipaza A2 go uwalnia ulega utlenieniu

W pozycji 11 powstaje kwas 11-hydroksyeikozatetraenowy daje początek prostaglandynom, prostacyklinom i trombosanowi A2 (droga cyklooksygenazowa kwasu arachidonowego)

W pozycji 15 powstaje kwas 15- hydroksyeikozatetraenowy daje to początek leukotrienom

Lipooksygenacja w pozycji 15 lipoksyny

Kwas 11-hydroksyeikozanowy cyklooksygenazy (COX1 i COX2) powstają cykliczne wewnętrzne nadtlenki prostaglandynowe we wszystkich tkankach

z wyjątkiem 2 powstają prostaglandyny pod wpływem syntetaz prostaglandynowych

w śródbłonku naczyń: prostacykliny

w krwinkach krwi tromboksan A2

Kaskada kinaz

Mamy szereg głównych kinaz, które aktywują kolejne kinazy i kolejne kinazy i mamy efekt wzmocnienia wewnątrzkomórkowego po aktywacji enzymu.

Receptor katalityczny jest głównym efektorem. Jego cechą charakterystyczną jest to, że formie nieaktywnej występuje w formie monomerycznej, natomiast gdy pojawia się cząsteczka sygnałowa czyli ligand receptor przyjmuje formę dimeru i po połączeniu się z ligandem następuje aktywacja wewnątrzkomórkowej domeny którą jest kinaza tyrozynoswoista. Kinaza tyrozynoswoista jest to enzym, który fosforyzuje reszty tyrozyny. Reszty tyrozyny znajdują się w różnych białkach w tym znajdują się w receptorze. Efektem jest autofosforylacja receptora, która ma podstawowe znaczenie w regulacji jego aktywności.

Mamy aktywacje kinazy tyrozynoswoistej podpływa jakieś białko efektorowe, które ulega w ten sposób aktywacji ono przekazuje sygnał na jakieś inne białko wzmocnienie sygnału aktywacja małego białka G, które ma formę monomeru dalsze przekazanie sygnału

Transmisja odbywa się bez udziału dużych białek G natomiast mogą być w nią zaangażowane małe białka G. A wszystko zaczęło się od ufosforylowania reszt tyrozyny w odpowiednim białku.

Jednym z białek, które w ten sposób może być uaktywnione jest fosfolipaza C izoenzym gamma- izoenzym aktywowany przez receptor katalityczny.

Istnieje też fosfolipaza C aktywowana przez receptor metabotropowy (przez duże białko G)- omówiona wcześniej. Efekt ten sam. Hydroliza PIP_2, uwolnienie DG i IP₃.

Inna kinazą sprzężoną z receptorem katalitycznym jest kinaza treoninowo-seroninowa, kinaza JANUS (przekazuje informacje płynące z pobudzenia komórki przez interferony).

Podsumowując:

Mamy 3 typy receptorów:

• Receptory jonotropowe aktywowane przez cząsteczki sygnałowe działające zewnątrzkomórkowo, uwalniające napływ jonów, czyli otwierające kanał błonowy

• Receptory metabotropowe współpracujące z białkami G

• Receptory katalityczne, które są aktywowane przez kinazy tyrozynoswoiste

Hormony śródbłonka naczyń

Śródbłonek: największy i najbardziej aktywny gruczoł dokrewny w naszym organizmie. Ma powierzchnię równą powierzchni boiska do piłki nożnej.

Jest to jednowarstwowa wyściółka naczyń krwionośnych.

Pełni szereg funkcji:

• Mechaniczna

• Wazoaktywna- reguluje napięcie ściany naczynia

• Przeciwkrzepliwą- zapobiega adhezji i agregacji płytek krwi do powierzchni śródbłonka

• Odpornościowa- wydziela szereg interleukin

• Enzymatyczna- doprowadza do degradacji/aktywacji szeregu ważnych związków

• Indukcja angiogenezy- przed wytworzeniem nowego naczynia tworzy się śródbłonek, który wydziela VEGF (vascular endothelial growth factor)- VEGF używany w eksperymentalnym leczeniu choroby wieńcowej

Funkcja wazoaktywna:

• Wazodilatacja- rozszerzenie naczyń krwionośnych. Ta funkcja jest wypełniana przez śródbłonek w sposób konstytutywny. Zapewnienie ukrwienie narządów.

• Wazokonstrykcja- to nie jest funkcja konstytutywna tylko realizowana w sposób induktywny, czyli pod wpływem rozmaitych cytokin i hormonów

Mamy szereg substancji, które zapewniają te funkcje śródbłonka.

EDRF- czynnik śródbłonkowy wywołujący wazorelaksację (endothelium derived relaxing factor)

Jest to substancja, która jest wysyłana do głębszych warstw naczyń pod wpływem drażnienia śródbłonka i tam wywołuje rozszerzenie naczynia. Warunkiem rozszerzania się naczynia jest sprawna funkcja śródbłonka.

EDRF=NO- jedyny hormon, czy cytokina o budowie nieorganicznej

Wszystkie nitraty, czyli substancje wykorzystywane w leczeniu choroby niedokrwiennej serca działają za pośrednictwem NO (nitrogliceryna i jej pochodne).

Cytrynian sildenafilu jest inhibitorem fosfodiesterazy 5, która zlokalizowana jest w śródbłonku naczyń ciał jamistych i zablokowanie tej fosfodiesterazy generuje NO.

Syntazy NO:

• Neuronalna (generuje NO w OUNie)

• Indukowalna= makrofagowa

• Endotelialna (ekspresja konstytutywna (wazorelaksacja)

Co jest potrzebne: Arginina- wyjściowy substrat, tlen, tetrahydrobiopteryna, NADPH, FAD, kalmodulina-wapń

Produktem: Cytrulina, NO i woda

Pierwszym związkiem użytym do badania rozszerzania naczyń była acetylocholina. Acetylocholina działa na receptor zlokalizowany w błonie komórkowej następuje aktywacja fosfolipazy C, która degraduje PIP₂ powstaje IP₃ i DG IP₃ działa na wewnątrzkomórkowe magazyny uwalnia się wapń łączy się z kalmoduliną tworzy się kompleks kalmodulina-wapń aktywuje endothelialna syntezę NO uwalnia się NO w kierunku głębszych warstw naczyń krwionośnych

Cat- transporter kationowych aminokwasów… arginina jest w formie kationów… jak spożyjemy argininę to te białka cat przenoszą argininę do komórek—ma to związek z suplementacją argininy w celu zwiększenia syntezy NO

NO w śródbłonku powstaje z argininy do wnętrza ściany naczyniowej zmienia konformację cyklazy guanylowej (cytoplazmatycznej) aktywacja przekształca GTP w cGMP rozkurcz mięśni gładkich

Syntaza neuronalna i makrofagowa:

NO wchodzi w interakcje z anionorodnikiem ponadtlenkowym który w tych miejscach neuronalnych powstaje przy udarze mózgu (zwiekszona aktywność łańcuchatlenowego z wytworzeniem reaktywnych form tlenu) powstaje nadtlenoazotyn (peroksynitryl) substancja, która bardzo silnie uszkadza DNA (działanie mutagenne) utlenienie lipidów w błonach cytoplazmatycznych i wewnątrzkomórkowych powstają nadtlenki kwasów tłuszczowych zmiana właściwości błony (staje się przepuszczalna, receptory przestają oddziaływać na ligandy)

Ekspresja w syntezie neuronalnej pod wpływem induktora- kwasu Nmetylodiasparaginowego. To są tzw. receptory dla kwasy glutaminowego (aminokwas pobudzający). Receptor NMDA (receptor nosi nazwę od kwasu Nmetylodiasparaginowego) pobudzany przez kwas glutaminowy. Pobudzenie receptorów NMDA odgrywa istotną rolę we wzmocnieniu postsynaptycznym.

ADMA- asymetryczna dimetylo arginina, bardzo silny inhibitor syntazy endothelialnej NO, bierze się z białek, które uległy metyzacji, w warunkach prawidłowych ADMA powinna być zdegradowana przez śródbłonek naczyniowy, ale przy uszkodzeniu śródbłonka ADMA nie jest degradowana. ADMA powinna być wydalona przez nerki, ale przy niewydolności nerek nie jest wydalana i jej poziom we krwi rośnie i hamuje powstawanie syntaz NO i NO nie jest syntezowany.

Działanie prostacykliny i tromboksanu jest działaniem antagonistycznym. Mianowicie:

Prostacyklina	Tromboksan
rozszerza naczynia	zwęża
Zapobiega przywieraniu płytek krwi do powierzchni śródbłonka	sprzyja
Zapobiega zlepianiu się płytek krwi między sobą- działa antyagregacyjnie	proagregacyjnie

Odpowiednio mała dawka kwasu acetylosalicylowego (40mg) stosowana w prewencji i po przebyciu choroby niedokrwiennej serca, hamowanie syntezy tromboksanu w płytkach i pobudzenie syntezy prostacykliny w ścianie naczyniowej. Bazuje to na stwierdzeniu, że cyklooksygenaza w płytkach jest bardziej wrażliwa na działanie kwasu asparaginowego niż ta w ścianie naczyń.

Bradykinina- działa na receptor BETA2 obecny w śródbłonku naczyniowym

i wywołuje wazorelaksację poprzez działanie na głębsze warstwy za pomocą NO.

Nie działa na komórki mięśni gładkich. Po wypełnieniu swojej funkcji ulega inaktywacji przez enzym konwertujący (funkcja enzymatyczna śródbłonka) powstają nieaktywne peptydy

Histamina- uwalniania podczas wstrząsu anafilaktycznego z komórek tucznych. Wszystko zależy od tego, gdzie ta histamina działa. Jeśli działa w układzie krążenia i pobudza receptor w śródbłonku to wywołuje silna wazorelaksację, następuje gwałtowny spadek ciśnienia tętniczego krwi. Ale histamina jeśli działa bezpośrednio na receptor zlokalizowany w mięśniach gładkich bez udziału śródbłonka wywołuje skurcz. Rozkurcz jest mediowany przez NO a rozkurcz bezpośrednio przez pobudzenie receptora histaminergicznego zlokalizowanego w miocytach gładkich. Efekt rozkurczowy przeważa i następuje spadek ciśnienia tętniczego.

Endoteliny- 21 aminokwasowe peptydy. Najwięcej wiadomo o endotelinie-1, która jest najsilniejszym czynnikiem wazokonstrykcyjnym, czyli najsilniej kurczy naczynia. Receptory zlokalizowane są w komórkach mięśni gładkich. Wzmożona produkcja w: nadciśnieniu tętniczym, niewydolności krążenia, zawałach mięśnia sercowego…

Bloker receptorów: Bosentan

Angiotensyna- Układ renina angiotensyna (RAS)

Angiotensyna 1 powstaje z angiotensynogenu pod działaniem reniny.

A z angiotensyny 1 powstaje angiotensyna 2 pod wpływem różnych enzymów.

Z angiotensyny 2 może powstać: angiotensyna 1-7!!

angiotensyna 3 a z niej angiotensyna 4 i dalej nieaktywne fragmenty drobnopeptydowe

Układ RAS występuje w 2 odsłonach:

1. UKŁAD KRĄŻĄCY (ENDOKRYNNY)

Funkcja: utrzymanie ciśnienia tętniczego krwi.

Wątroba angiotensynogen… działa na niego wytworzona w nerce renina (przez aparat przykłębuszkowy) odcina angiotensynę 1, która krąży w naczyniach krwionośnych, aż natrafi na enzym konwertujący angiotensyna 2 receptory: wazokonstrykcja+ działa na warstwę kłębkowatą kory nadnercza i tam generuje wytworzenie aldosteronu działa on na nerkę powodując wzrost wchłaniania sodu, za sodem leci woda i wolenia, czyli objętość łożyska naczyniowego rośnie i te 2 efekty: wazokonstrykcja i wzrost wolemii decydują o wzroście ciśnienia tętniczego krwi

Jak działa aparat przykłębkowy: receptory zlokalizowane są w kanaliku nerki

i bodźcem o ich pobudzenia jest zmniejszenie ładunku sodowego, czyli jeśli się zmniejsza ilość sodu przepływająca przez kanalik to ten aparat łączy to z faktem, że mniej moczu się przesączyło przez kłębuszki nerkowe i przekazuje sygnał do komórek mioidalnych, aby wytworzyła się renina.

2. UKŁADY TKANKOWE (PARAKRYNNE)

Prawie wszędzie.

• Angiotensyna 2 może tu być genowo wytworzona od zera, nie powstaje ona po to, aby podnosić ciśnienie tętnicze krwi, ale działa w tych tkankach jako typowy hormon lub cytokina. Powoduje remodeling tkanek, czyli tkanki się przebudowują.

Indukuje ona również proces włóknienia tkankowego.

• 20% angiotensyny 1 przekształca się w 2 pod wpływem enzymu konwertującego (ACE) (w ukłazie krążącym jest to 100%) reszta przy pomocy innych enzymów np. chymaza (cage)

Układy te pozyskują pewne substancje od układu krążącego i dostarczają mu pewnych substancji.

Receptory układu RAS:

AT1- efekty niekorzystne

AT2- korzystne

AT4- korzystne

MAS- korzystne (sprzężony z onkogenem mas)

Zdrowy dorosły człowiek ma tylko w naczyniach krwionośnych receptor typu AT1.

Powstająca w układzie krążącym angiotensyna 2 ma ten receptor pobudzić

i spowodować wzrost ciśnienia.

W naczyniach płodowych: AT1 i AT2. Angiotensyna 2 pobudzając receptor AT2 ma działanie antyproliferacyjne i rozkurczowe

Uszkodzone naczynie ( proces miażdżycowy) zaczynają się zachowywać jak naczynia płodowe, co jest reakcją obronną.

AT1

• Efekt hipertensyjny: pożądany dla wyrównania ciśnienia tętniczego, skurcz mięśni gładkich, wydzielenie aldosteronu i wazopresyny, pobudzenie ośrodka pragnienia w OUNie w podwzgórzu, wydzielenie amin katecholowych, wzrost wydzielania ACTH (w efekcie wzrost wydzielania glikokortykosterydów, które zwiększają ciśnienie tętnicze)

• Pogorszenie/indukcja procesu miażdżycowego.

AT1 zlokalizowany jest przede wszystkim w śródbłonku naczyń, w komórkach mięśni gładkich (indukuje proliferację), w monocytach i makrofagach(komórki nacieku zapalnego)

• Działanie prozakrzepowe

• Modyfikacja lipoproteid frakcji LDL

• Indukcja zapalenia tkankowego

• Indukcja włóknienia tkankowego

• Indukcja LVH (przerost lewej komory mięśnia sercowego) niewydolność serca, niedokrwienie, zaburzenia rytmu serca

Modulacje farmakologiczne:

Inhibitory reniny

Inhibitory ACE

Sartany- blokery receptora AT1

---