Obecná endokrinologie Mezibuněčná komunikace

ORGANISMUS A PROSTŘEDÍ ŽIVÉ ORGANISMY = DYNAMICKÉ CELKY tzn. že mezi organismem a prostředím dochází k neustálému toku látek a energií, resp. informace ORGANISMUS Přerušení toku látek, energie a informace mezi organismem a prostředím by v krátké době vedlo k zániku organismu

ORGANISMY A PROSTŘEDÍ X Jednobuněční Mnohobuněční X tělo je tvořeno jedinou buňkou (bakterie, prvoci) tělo je tvořeno mnoha specializovanými skupinami buněk na změnu prostředí reaguje jediná buňka (tělo) každá buňka plní individuální funkci Jednotlivé buňky reagují na různé podněty různým způsobem Nutnost vzájemné integrace a koordinace všech buněk organismu

KOMUNIKACE buňka buňka KOMUNIKACE V MNOHOBUNĚČNÉM ORGANISMU Každá buňka „vnímá“svoje okolí, tj. přijímá z okolí informace nesené různými signály, které ovlivňují či usměrňují její chování KOMUNIKACE buňka buňka

Schéma obecné signalizace Vedení signálu Produkce signálu Příjem signálu KREVNÍ ŘEČIŠTĚ CÍLOVÁ BUŇKA s receptory pro příjem signálu SEKREČNÍ BUŇKA TKÁŇOVÝ MOK NERVOVÁ BUŇKA NERVOVÉ VLÁKNO

UDRŽET JEDNOTU A STÁLOST I-6 U mnohobuněčných organismů existují tři hlavní vzájemně propojené integrační systémy, které zpracovávají fyziologické informace NERVOVÝ SYSTÉM NEUROENDOKRINNÍ SYSTÉM ENDOKRINNÍ SYSTÉM Činnost systémů spočívá v organizaci reakcí na vnitřní i vnější podněty s hlavním cílem: UDRŽET JEDNOTU A STÁLOST BUNĚČNÉHO PROSTŘEDÍ ! ! Kromě toho tyto systémy řídí RUST, ZRÁNÍ a REPRODUKCI

Typy komunikace mezi buňkami = typy regulace 1. NERVOVÁ 2. NEUROENDOKRINNÍ 3. ENDOKRINNÍ

Buňky produkující signál NERVOVÁ NEUROENDOKRINNÍ ENDOKRINNÍ Buňky produkující signál Nervová dráha krev Cílové buňky

Prostředky využívané při buněčné signalizaci Elektrické signály Chemické signály TOK IONTU PŘES MEMBRÁNU (depolarizace) HORMON a jiné signální látky NEUROTRANSMITTER Rychlé vedení signálu (nervový systém) Pomalé vedení signálu (mj. endokrinní systém)

LÁTKY, KTERÉ ZAJIŠŤUJÍ BUNĚČNOU SIGNALIZACI REGULAČNÍ MOLEKULY LÁTKY, KTERÉ ZAJIŠŤUJÍ BUNĚČNOU SIGNALIZACI PARAKRINNÍ MOLEKULY AUTOKRINNÍ MOLEKULY NEUROTRANSMITTERY HORMONY NEUROHORMONY

RYCHLÉ VEDENÍ SIGNÁLU ELEKTRICKÉ SIGNÁLY využívá je nervový systém založeny na transportu iontů přes membránu nervové buňky vyvolávají tzv. depolarizaci membrány, kdy vnitřek buňky se stává na velmi krátký čas kladně nabitý a elektrický signál se tak může šířit po celé délce neuronu iniciují sekreci chemických látek (chemických signálů) tzv. neurotransmitterů do prostoru mezi neurony (tzv. synapse), čímž je zajištěn přenos elektrických signálů mezi nimi až ke konečné cílové buňce

NERVOVÁ REGULACE: Membránový potenciál Akční potenciál neuronu: Klidový membránový potenciál neuronu: Je – li buňka v klidu, biomebrána neuronu propouští nitrobuněčné kationty K+ mnohem více než mimobuněné sodné kationty Na+. Uvnitř nervové buňky tak vzniká převaha záporného elektrického náboje (tak je tomu u všech buněk) Akční potenciál neuronu: Je – li nervová buňka podrážděna, její biomembrána se stává dočasně propustnou pro Na+ ionty, které pronikají do nitra buňky během 1 až 2 milisekund a na velmi krátkou dobu mění konkrétní úsek vnitřku buňky na kladně nabitý → nastává tzv. DEPOLARIZACE → klidový potenciál se mění na tzv. AKČNÍ POTENCIÁL, který se šíří po axonu až k axonálnímu zakončení Na+ Depolarizace určitého nervového úseku je ihned vystřídána REPOLARIZACÍ, tj. návratem ke klidovému potenciálu Na+ depolarizace Šíření nerv. vzruchu

NERVOVÁ REGULACE: komunikace neuron - neuron Uvolnění neurotransmiteru (neuropřenašeče) procesem exocytózy do synapse Po stimulaci je neurotransmiter v synaptické štěrbině rozložen enzymy Tělo neuronu Nervové zakončení Neurotransmitér (mediátor) ve váčku Elektrický signál Elektrický signál chemický signál Axon (neurit) Axon (neurit) PRESYNAPTICKÁ ČÁST POSTSYNAPTICKÁ ČÁST Přenašeče se po uvolnění z presynaptické části neuronu do synaptické štěrbiny váží na postsynaptickou membránu jiného neuronu a dávají vznik postsynaptickým AP Přenos signálu z jednoho neuronu na jeden nebo více sousedních neuronů se uskutečňuje chemickou cestou → vylitím chemické látky (neutransmiteru) do synaptická štěrbiny SYNAPSE

NERVOVÁ REGULACE: komunikace neuron - neuron SYNAPSI tvoří jednak část PRESYNAPTICkÁ – knoflíkovité zakončení nervového vlákna obsahující váčky s přenašečem – a jednak část POSTSYNAPTICKÁ dendrity Jádro neuronu Přenos signálu se děje tak, že elektrický impuls, dosáhne presynaptické membrány, uvolní do synaptické štěrbiny chemický signál v podobě neurotransmiteru, a ten difunduje k postsynaptické membráně a vzbudí nový elektrický signál Tělo neuronu axon ELEKRICKÝ SIGNÁL PRESYNAPTICKÁ ČÁST POSTSYNAPTICKÁ ČÁST CHEMICKÝ SIGNÁL SYNAPSE ELEKRICKÝ SIGNÁL

NERVOVÁ REGULACE: komunikace neuron - cílová buňka receptor CHEMICKÝ SIGNÁL ELEKTRICKÝ SIGNÁL Neurotransmitér ve váčku Nervové zakončení ELEKTRICKÝ SIGNÁL Axon (neurit) Tělo Lokální cílová buňka SYNAPSE Neuron

CHEMICKÉ SIGNÁLY POMALÉ VEDENÍ SIGNÁLU Využívá je mj. endokrinní a neuroendokrinní systém (Jsou nezbytné i při přenosu elektrického signálu na synapsi) Založeny na transportu chemických látek – hormonů a jiných signálních molekul Pro příjem chemického signálu je ve většině případů nutný buněčný receptor → zajišťuje buněčnou odpověď

Samostatné endokrinní žlázy jsou vývojově mladší Z hlediska fylogenetického vznikaly hormony nejdříve v nervových buńkách (dodnes v hypotalamu) Samostatné endokrinní žlázy jsou vývojově mladší HORMONY CHEMICKÉ SIGNÁLY V ENDOKRINNÍ REGULACI (KOMUNIKACI) Jsou to látky vylučované endokrinními žlázami, endokrinními buňkami nebo specializovanými nervovými buňkami do extracelulárních tekutin, které mají specifický tlumivý nebo dráždivý účinek na orgány nebo tkáně (= chemičtí poslové, 1. poslové) účinkují pouze na buňku, která má receptor pro příslušný hormon mohou ovlivňovat celý organismus, nebo jeden, tzv. cílový orgán mají schopnost působit na všechny buňky v těle (X neurotransmitery) jsou účinné ve velmi malých množstvích nejsou většinou druhově specifické – to má význam při využití hormonů získaných ze žláz zvířat k léčení člověka

RECEPTORY KAŽDÁ CÍLOVÁ BUŇKA MUSÍ BÝT PROTO VYBAVENA I-18 RECEPTORY Většina hormonů se transportuje krví, proto jsou všechny buňky vystaveny všem hormonům. Přesto každý hormon ovlivňuje jen vybrané cílové buňky ! KAŽDÁ CÍLOVÁ BUŇKA MUSÍ BÝT PROTO VYBAVENA ROZPOZNÁVACÍM MÍSTEM → RECEPTOREM PRO DANÝ HORMON Množství receptorů se neustále mění (tvorbou, zánikem) a udává se, že na jednu buňku připadá od 2000 do 10 000 receptorů. Počet receptorů je regulován jednak vazbou hormonu na receptor, kdy většinou jejich množství klesá, v některých případech vazbou na receptor počet receptorů (i pro jiný hormon) stoupá (vliv FSH na počet receptorů LH). Pozn.: RECEPTOROVÉ CHOROBY Některé endokrinní poruchy jsou způsobeny nedostatkem receptorů pro daný hormon. Tkáně jsou pak na tento hormon necitlivé, i když je hladina hormonu v organismu při těchto chorobách normální nebo dokonce zvýšená. Příznaky jsou podobné jako při nedostatku hormonu. (např. diabetes mellitus II. typu)

… ROZHODUJÍCÍ JE SPECIFICITA RECEPTORU RECEPTORY … ROZHODUJÍCÍ JE SPECIFICITA RECEPTORU PRO KONKRÉTNÍ HORMON HORMON KLÍČ ZÁMEK RECEPTOR

Sekreční buňka s hormony Cílové buňky I-20 HORMON a RECEPTOR Buňka nereaguje Chybí receptor Specifický receptor Buňka reaguje Sekreční buňka s hormony Nespecifický receptor pro určitý hormon Buňka nereaguje Cílové buňky hormon_receptor.exe

UMÍSTĚNÍ RECEPTORU V BUŇCE I-21 UMÍSTĚNÍ RECEPTORU V BUŇCE Závisí na chemické struktuře hormonu Receptory na buněčném povrchu Receptory uvnitř buňky (intracelulární receptory) U velkých polárních molekul, kterou nemohou proniknout přes plazmatickou membránu U všech nepolárních molekul a malých polárních molekul, které mohou proniknout přes plazmatickou membránu Transmembránové bílkoviny (prostupují skrz lipidovou dvojvrstvu), které specificky vážou daný hormon na vnější straně plazmatické membrány Bílkovinné struktury, které specificky vážou daný hormon uvnitř buňky a nacházejí se nejčastěji v jádře, cytoplazmě a popř. v mitochondriích U všech peptidických hormonů a některých aminoacidoderivátu (katecholaminy a melatonin) U všech steroidních hormonů a některých amonoacidoderivátů (thyroidní hormony)

Chemické signály Přímý kontakt Kontakt na větší vzdálenost Lokální kontakt GAP JUNCTION ENDOKRINNÍ NEUROENDOKRINNÍ REGULACE PARAKRINNÍ AUTOKRINNÍ REGULACE

Zpět na chemické signály Přímý kontakt buněk Gap junction Zpět na chemické signály

Přímý kontakt buněk GAP JUNCTION Mechanismus: Komunikace mezi buňkami, které leží těsně u sebe prostřednictvím cytoplazmatických mostů z cylindrických proteinů tzv. „CONEXINU“ → vzniká specificky utvářený kanál „ CONEXON“ (prochází skrz membrány sousedních buněk) Ionty, AMK, Cukry, nukleotidy Proteiny, NK Tyto kanály jsou orientovány přímo proti sobě a mohou se během sekund zavřít, když se zvýší intracelulární koncentrace Ca 2+ nebo H+ , dále při ochlazení, metabolické acidóze apod. Elektrické synapse v srdečním syncitium, v retině aj. CONEXIN Plazmatická membrána CONEXON

Zpět na chemické signály Lokální kontakt buněk 1. Autokrinní regulace 2. Parakrinní regulace Zpět na chemické signály

Přenos: prostřednictvím mimobuněčných tělních tekutin 1. Parakrinní regulace Mechanismus: komunikace mezi dvěma sousedními buňkami – buňkou produkující látku (parakrinní buňka) a buňkou přijímající látku (cílová buňka) Přenos: prostřednictvím mimobuněčných tělních tekutin Chemičtí zprostředkovatelé: parakrinní látky Účinky: signální látky působí pouze v lokální oblasti jejich relativně vysoké koncentrace a cílové buňky musí mít pro tyto látky vhodné receptory

1. Parakrinní regulace Parakrinní receptor Parakrinní látka Parakrinní buňka Sousední cílová buňka

I-28 2. Autokrinní regulace Mechanismus: nejedná se o komunikaci mezi dvěmi buňkami, ale o zpětnovazebné působení na buňku (autokrinní buňka), která vyprodukovala určitou signální látku Přenos: prostřednictvím mimobuněčných tělních tekutin Chemičtí zprostředkovatelé: autokrinní faktory Účinky: autokrinní buňka je ovlivněna vlastními látkami, pro které musí mít také příslušné receptory na svém povrchu

2. Autokrinní regulace Autokrinní receptor Autokrinní látka Autokrinní buňka

Kontakt buněk na větší vzdálenost 2. Neuroendokrinní regulace Zpět na chemické signály

I-31 1. Endokrinní regulace Mechanismus: komunikace mezi dvěmi od sebe vzdálenými buňkami – buňkou produkující signální látku (endokrinní b.) a buňkou přijímající tuto látkou (cílová buňka) Přenos: prostřednictvím krevního oběhu Chemičtí zprostředkovatelé: hormony Účinky: hormony působí na cílové buňky jiných vzdálených tkání a orgánů a tyto buňky musí mít pro hormony příslušné receptory

1. Endokrinní regulace endokrinní buňka endokrinní hormon krevní kapilára receptor vzdálená cílová buňka

2. Neuroendokrinní regulace Mechanismus: Komunikace mezi nervovými buňkami, které mají schopnost syntetizovat a vylučovat humorální působky, a cílovými buňkami a tkáněmi, které tyto hormony přijímají Přenos: prostřednictvím krevního oběhu Chemičtí zprostředkovatelé: hormony (ADH, oxytocin a regulační hormony hypothalamu, adrenalin a noradrenalin dřeně nadledvin) Účinky: hormony se váží buď přímo na receptory v cílové tkáni a ovlivňují především vegetativní funkce (ADH, oxytocin, adrenalin a noradrenalin), nebo působí jako tzv. regulační hormony, které ovlivňují sekreci konečných hormonů žláz

2. Neuroendokrinní regulace krevní kapilára hormon neurosekreční buňka receptor cílová buňka

X Normální neuron Neurosekreční neuron Tvoří SYNAPSE NEUROTRANSMITER Neuron, který syntetizuje a vylučuje neurotransmiter nezbytný pro přenos nerv. signálu ke konkrétně ohraničené cílové tkáni specializované neurony → NEUROSEKREČNÍ NEURONY, které syntetizují a vylučují hormony přímo do krevního oběhu Tvoří SYNAPSE Netvoří SYNAPSE v místě axonálního zakončení mění elektrický signál na chemický a přenáší jej krví ke vzdálené cílové buňce v místě axonálního zakončení přenáší elektrický signál na lokální buňku NEUROTRANSMITER NEUROHORMON působí v blízkosti svého uvolnění působí na vzdálených místech nešíří se cirkulací v krevním řečišti, ale parakrinním způsobem šíří se cirkulací v krevním řečišti působí v delším časovém měřítku působí v krátkém časovém měřítku menší neurosekreční váčky větší neurosekreční váčky

NORMÁLNÍ NEURON: Nervová regulace I-36 NORMÁLNÍ NEURON: Nervová regulace receptor CHEMICKÝ SIGNÁL ELEKTRICKÝ SIGNÁL Neurotransmitér ve váčku Nervové zakončení ELEKTRICKÝ SIGNÁL Axon (neurit) Tělo Lokální cílová buňka SYNAPSE Neuron

NEUROSEKREČNÍ NEURON: neuroendokrinní regulace CHEMICKÝ SIGNÁL Neurohormon ve váčku Nervové zakončení ELEKTRICKÝ SIGNÁL Krevní kapilára CHEMICKÝ SIGNÁL Axon (neurit) Tělo Vzdálená cílová buňka ELEKTRICKÝ SIGNÁL Neuron SYNAPSE receptor

Ve kterých orgánech dochází k sekreci neurohormonů ? HYPOTHALAMUS DŘEŇ NADLEDVIN REGULAČNÍ HORMONY ADRENALIN NORADRENALIN (= katecholaminy) NEUROHYPOFÝZA OXYTOCIN ADH

NEUROSEKRECE v hypothalamu a neurohypofýze I-39 NEUROSEKRECE v hypothalamu a neurohypofýze Je řízena výhradně CNS: 1. nejvyšší nervová centra mozku → hypothalamus NEUROSEKREČNÍ CENTRUM Neurohormony jsou uvolňovány ze zakončení neurosekrečních buněk do klubka kapilár tvořících neurohemální orgán Syntéza neurohormonů a naplnění váčků NEUROSEKREČNÍ CESTA Po vstupu do krevního řečiště některé hormony (oxytocin, ADH) působí přímo na cílovou tkáň (hypothalamus – neurohypofýza) Váčky přenášené axonálním transportem Uvolnění hormonu do perikapilárního prostoru NEUROSEKRECE v neurohypofýze NEUROHEMÁLNÍ ORGÁN Většina hormonů aktivuje jinou endokrinní žlázu a stimuluje sekreci jiného hormonu, který samotný působí na cílovou tkáň (hypothalamus – adenohypofýza) Popište neurosekreci do řečiště Kapilára Artérie Žíla NEUROSEKRECE v hypothalamu Endokrinní žláza Cílová tkáň

NEUROSEKRECE v dřeni nadledvin Je řízena CNS i autonomním nervovým systémem (sympatikem) Sekrece katecholaminů dření nadledvin je regulována neurony. Axony sympatických neuronů umístěných v míše procházejí přes sympatické ganglium, ale netvoří zde synapse. Synaptická zakončení tvoří až na buňkách produkujících katecholaminy. Neuropřenašečem uvolňovaným na těchto zakončeních je acetylcholin, který stimuluje sekreci hormonů dřeně nadledvin. Vyšší centrum dřeň nadledvin Nervové zakončení Ganglion sympatiku Pregangliové vlákno ACETYLCHOLIN Páteřní mícha Adrenalin / noradrenalin Céva NEUROSEKRECE