Chemické signály

1. Chemické signály 2007

2. Existují dva systémy vnitřní komunikacenervový a hormonální • Nervový systém - rychlejší poselství, odpověď těla na environmentální stimuly (např. ucuknutí ruky z rozpálených kamen) • hormonální systém - zpravidla pomalejší poselství, jak rychle růst, kdy vzniknou sekundární pohlavní znaky, kdy se housenka změní v kuklu atd. • ačkoli se oba systémy od sebe obvykle odlišují, často pracují společně a hranice mezi nimi nemusí být ostrá

3. Endokrinní systém • Endokrinní systém je tvořen všemi buňkami těla, které vylučují hormony • endokrinní žlázy (=žlázy s vnitřní sekrecí) - nemají vyústění, hormony vylučují přímo do tělních tekutin • exokrinní žlázy (žlázy s vnější sekrecí) - mají kanálky, které vylučují produkty těchto žláz na příslušná místa (žlázy potní, mléčné, slinné atd.)

4. Endokrinní systém a nervový systém jsou spolu strukturálně, chemicky a funkčně spojeny • Neurosekreční buňky v mozku produkují hormony do krve • adrenalin pracuje jako hormon („fight or flight“ hormon) i jako neurotransmiter při kojení stimuluje sání kojence nervová zakončení v prsu, nervový systém přenese impulsy do mozku a hypotalamus spustí vylučování oxytocinu z hypofýzy. Oxytocin způsobí v prsu sekreci mléka

5. Oba systémy pracují často mechanismem zpětné vazby • Pozitivní zpětná vazba - např. při kojení • Negativní zpětná vazba - mnohem častější, uplatňuje se v procesech udržení homeostázy

6. Příklad negativní zpětné vazbyudržení rovnováhy Ca++ iontů antagonistickým působením kalcitoninu a parathyroidního hormonu

7. Hormony u bezobratlých • U nezmara znám hormon podporující růst a pučení a zároveň zabraňující sexuálnímu rozmnožování • u zeje obrovského znám hormon stimulující kladení tisíců vajíček a zároveň zabraňující pohybu a příjmu potravy, které jsou u tohoto plže neslučitelné s rozmnožováním • u hmyzu a korýšů způsobuje hormon ekdyzon svlékání

8. Hormonální regulace vývoje hmyzu

9. Hormonální regulace vývoje hmyzu • Ekdyzon je vylučován párem prothorakálních žlaz, umístěných těsně za hlavou. Ekdyzon • podporuje svlékání • podporuje vývoj znaků dospělce (proměnu housenky na motýla) Ekdyzon sám je kontrolován jiným hormonem, zvaným mozkový hormon (BH). Tento hormon podporuje prothorakální žlázy, aby vylučovaly ekdyzon.

10. Hormonální regulace vývoje hmyzu • Účinky ekdyzonu a BH vyrovnává tzv. juvenilní hormon. Juvenilní hormon je vylučován malými žlazami těsně za mozkem, zvanými corpora allata. • Juvenilní hormon podporuje udržení larválních charakteristik • za přítomnosti velkých dávek ekdyzonu sice svlékání nastane, výsledkem je ovšem jen větší larva • pokud hladina JH poklesne, výsledkem svlékání je kukla

11. Hormony, místní regulátory, feromony • Hormony - přenáší informaci díky krevního systému v rámci těla • Místní regulátory - působí pouze na sousední buňky, pronikají do nich, nebo zůstanou v extracelulární matrix a jsou odbourány enzymy, to vše během vteřin nebo dokonce milisekund • feromony - přenáší informaci mezi organismy (např. pohlavní feromony hmyzu, agregační feromony…)

12. Mechanismus chemické signalizace

13. Místní regulátory(local regulators) • Růstové faktory - peptidy nebo proteiny stimulující buněčnou proliferaci. Jeden růstový faktor může mít i více cílových buněk. Růstové faktory zřejmě odpovídají za diferenciaci buněk v embryonálním vývoji

14. Oxid dusnatý • oxid dusnatý (NO) - velmi reaktivní a jedovatý plyn. Navodí v buňce změny a během sekund je odbourán. Sekretují ho nervové buňky, kde slouží jako neurotransmitery, pokud ho vylučují bílé krvinky, slouží k zabíjení bakterií nebo rakovinových buněk. Rovněž uvolňuje stěny cév a cévy rozšiřuje.

15. Prostaglandiny • prostaglandiny - modifikované mastné kyseliny, často odvozené od lipidů plazmatické membrány. Název podle prvního místa objevu - prostata. • Prostaglandiny ve spermatu způsobují kontrakce hladkého svalstva ve stěně dělohy, čímž se pomáhá spermiím v cestě k vajíčku. • Prostaglandiny vylučované placentou způsobí změnu ve svalových buňkách dělohy, které jsou pak více excitabilní což pomáhá k navození porodu • prostaglandiny napomáhají vzniku horečky, zánětu a zesilují pocit bolesti. Aspirin a ibuprofen zabraňují syntéze prostaglandinů

16. Mechanismy chemické signalizace • Recepce - molekula hormonu se naváže na receptorový protein buď v membráně, nebo uvnitř buňky • signální transdukce - signál může vést přes několik dalších přenašečů • odpověď - změna chování buňky

17. Mechanismy chemické signalizace(recepce, signální transdukce, odpověď)

18. Mechanismy chemické signalizace

19. Signální transdukce • Je řada kroků uvnitř buňky, vedoucí k odpovědi. Cílové místo může být buď v cytoplasmě (např. aktivace nějakého enzymu) nebo v jádře (ovlivnění exprese genů) • stejný signál může u různých buněk vyvolat různé odpovědi - na obr. acetylcholin

20. Mechanismus účinku steroidních a thyroidních hormonů Na rozdíl od hormonů odvozených od proteinů, steroidní hormony a hormony štítné žlázy vstupují do buňky. Jejich účinky nebývají tak rychlé, ale trvají déle (např. vývoj pohlavních znaků)

21. Mechanismus účinku hormonů odvozených od proteinů V tomto případě hormon do buňky sám nevstoupí.

22. Hormony • Steroidní (hormony kůry nadledvin a pohlavní hormony) • peptidické nebo proteinové • Působení: principiálně na všechny buňky, jen některé ale na ně mají receptory

23. Endokrinní systém obratlovců

24. Endokrinní systém obratlovců • Některé hormony zasahují jen jednu cílovou tkáň • jiné, jako např. pohlavní hormony, zasahují většinu tkání • tropní hormony zasahují jiné endokrinní žlázy a jsou důležité pro koordinaci a regulaci celého systému

27. Hypotalamus a hypofýza • Hypotalamus (součást mezimozku) - přijímá informace z nervů z celého těla, jakož i z jiných částí mozku, a vysílá endokrinní signály podle potřeb • například u mnoha obratlovců dostává hypotalamus od mozku signál o změně ročního období a hypotalamus spustí tvorbu pohlavních hormonů • hypofýza je prostorově i funkčně spojena s hypotalamem, kterému je podřízena

28. Hypotalamus a hypofýza

29. Hypotalamus a hypofýza

30. Hypofýza(podvěsek mozkový) • Se skládá ze dvou částí: • adenohypofýza (přední lalok hypofýzy) • neurohypofýza (zadní lalok hypofýzy) • adenohypofýza vzniká z tkáně tvořící u embrya ústní patro, která se pohybuje směrem vzhůru a nakonec ztrácí spojení s ústy. • Adenohypofýza je tvořena endokrinními buňkami, tvořícími a vylučujícími hormony přímo do krve

31. Hypofýza(podvěsek mozkový) • hypotalamus kontroluje činnost adenohypofýzy dvěma skupinami hormonů • RH - uvolňující hormony (releasing hormones) „liberiny“ • IH - inhibiční hormony – „statiny“ • RH a IH se dostávají do krevních kapilár na bázi hypotalamu a díky portálním cévám k adenohypofýze, kde se tyto cévy opět rozvětvují

32. Hypofýza(podvěsek mozkový) • Neurohypofýza - je součást mozku. Embryonálně vzniká jako hrbolek na hypotalamu a roste směrem dolů, až se setká s budoucí adenohypofýzou. • Neurohypofýza zůstává celý život částí hypotalamu • uchovává a vylučuje dva hormony, které jsou tvořeny neurosekrečními buňkami hypotalamu: oxytocin a antidiuretický hormon (ADH) (=vazopresin)

33. Neurohypofýza • Oxytocin • kontrakce děložního svalstva při porodu • stahy svalů mléčných žlaz při kojení • ADH • podporuje zpětné vstřebávání vody v nefronech ledvin

34. Neurohypofýzamechanismus funkce ADH • Krevní osmolarita je monitorována skupinami nervových buněk v hypotalamu, které pracují jako osmoreceptory na principu zpětné vazby • když se koncentrace krve zvýší, tyto buňky se díky osmóze slabě svraští a vyšlou nervové signály do neurosekrečních buněk hypotalamu • tyto hypotalamické buňky zareagují vyloučením ADH ze svých konců, které jsou umístěny v neurohypofýze • když se ADH dostane k ledvinám, naváže se na receptory buněk lemující sběrné kanálky

35. Neurohypofýzamechanismus funkce ADH • tato vazba zvýší propustnost těchto kanálků pro vodu, která se tak dostane do krve, čímž se zabrání zvyšování koncentrace krve • Osmoreceptory v hypotalamu rovněž navodí pocit žízně - požitá voda dále sníží krevní osmolaritu až na žádanou hladinu - nastává tedy i behaviorální odpověď organismu • snížení koncentrace krve způsobí mechanismem zpětné vazby snížení vylučování ADH a rovněž snížení pocitu žízně • porucha nedostatku ADH: nemoc žíznivka (až 20 l moči denně)

36. Neurohypofýzaoxytocin a ADH jsou tvořeny devíti aminokyselinami • Oba hormony se liší jen dvěma aminokyselinami

38. Adenohypofýza

39. Adenohypofýzatropní hormony • Produkuje množství hormonů. Čtyři z nich jsou tropní hormony: • TSH (thyreotropin)- podporuje činnost štítné žlázy (thyroxin a trijodtyronin) • ACTH (adrenokortikotropní hormon, kortikotropin) - stimuluje činnost kůry nadledvin • FSH (folikulostimulační hormon) a LH (luteinizační hormon) - kontrolují gonády

40. Adenohypofýzatropní hormony • FSH, LH a TSH jsou si velmi blízké chemicky - glykoproteiny • FSH a LH se nazývají gonadotropiny, protože stimulují práci pohlavních žláz

41. Adenohypofýzaostatní hormony • GH (růstový hormon) (=STH, somatotropin) - protein, asi 200 aminokyselin, podporuje růst přímo, rovněž podporuje vznik růstových faktorů (=tropní efekt) • např. stimuluje růst kostí a chrupavek tak, že stimuluje játra k produkci IGFs (insulinlike growth factors), které se uvolní do krve a přímo stimulují růst kostí a chrupavek • za této situace se dá GH chápat jako tropní hormon a játra jako endokrinní žláza

42. Růstový hormonnemoci • Nadbytek v mládí: gigantismus • nadbytek v dospělosti: akromegalie (abnormální růst kostí končetin a hlavy) • nedostatek v mládí: trpasličí vzrůst (nanismus) • léčba: užití STH z mrtvol = stálý nedostatek • průlomem se stává genové inženýrství a jeho tvorba z cDNA bakteriemi • někteří atleti užívají ilegálně ke tvorbě svalů

43. Růstový hormonnemoci akromegalie Gigantismus - zde způsobený rakovinou adenohypofýzy

44. Adenohypofýzaostatní hormony - prolaktin • Prolaktin (PRL) - velmi podobný růstovému hormonu, je možné že vznikly ze stejného genu • fyziologická role je však odlišná • velká diversita rolí u různých skupin obratlovců • u savců stimuluje růst mléčných žláz a syntézu mléka • u ptáků regulace metabolismu tuků a rozmnožování • u obojživelníků zpožďuje metamorfózu • u sladkovodních ryb regulace iontové rovnováhy • = jedná se zřejmě o velmi starobylý hormon, jehož funkce během evoluce diverzifikovala

45. Adenohypofýzaostatní hormony • ACTH - adrenokortikotropní hormon - stimuluje produkci a sekreci steroidních hormonů z kůry nadledvin • MSH (melanocyte stimulating hormone) - reguluje aktivitu pigmentových buněk v kůži některých obratlovců; rovněž důležitý v metabolismu tuků • endorfiny - produkován některými neurony v mozku - zbraňují vnímání bolesti (tyto hormony chemicky napodobuje heroin a váže se ke stejným receptorům)

46. Epifýza(šišinka mozková) • Vylučuje hormon melatonin • pro Descarta byla epifýza sídlem duše • podle druhu obratlovce epifýza obsahuje světločivné buňky nebo je nervovými vlákny spojena s očima a melatonin reguluje funkce závisející na roční době • spolu s MSH stimuluje pigmentaci kůže • melatonin je vylučován v noci a jeho množství závisí na její délce

47. Epifýza(šišinka mozková) • V zimním období je melatoninu vylučováno víc • produkce melatoninu je spojena s aktivitou tzv. biologických hodin, a s ní spojenými aktivitami, např. načasování rozmnožování • cílovými buňkami jsou asi SCN (suprachiasmatická jádra) v mozku

48. Štítná žláza • Tvořena dvěma laloky na ventrální straně tracheje • produkuje thyroxin (T4) a trijodtyronin (T3)

49. Štítná žláza • Savci tvoří převážně (T4) - 95%, ale cílové buňky z něj většinu přetvoří na (T3) , která má větší afinitu k receptoru, který se nachází uvnitř jídra • sekrece thyroxinu a trijidtyroninu je kontrolována hypotalamem a hypofýzou principem zpětné vazby

50. Štítná žláza • U pulců je thyroxinem kontrolována metamorfóza na žábu • thyroidní hormony zvyšují spotřebu kyslíku a buněčný metabolismus (viz choroby) • u člověka vede nedostatek ke kretenismu - zpomalená kosterní růst a mentální zaostalost. Alespoň částečně může být nemoc léčena dávkami thyroxinu podávanými v mládí • opakem je Basedowova choroba • thyroidní hormony se rovněž podílejí na udržení krevního tlaku, tepové frekvence, svalového tonu, trávení a reprodukce