940 likes | 1.12k Views
Chemické signály. 2007. Existují dva systémy vnitřní komunikace nervový a hormonální. Nervový systém - rychlejší poselství, odpověď těla na environmentální stimuly (např. ucuknutí ruky z rozpálených kamen)
E N D
Chemické signály 2007
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
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.)
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
Oba systémy pracují často mechanismem zpětné vazby • Pozitivní zpětná vazba - např. při kojení • Negativní zpětná vazba - mnohem častější, uplatňuje se v procesech udržení homeostázy
Příklad negativní zpětné vazbyudržení rovnováhy Ca++ iontů antagonistickým působením kalcitoninu a parathyroidního hormonu
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
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.
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
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…)
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
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.
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
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
Mechanismy chemické signalizace(recepce, signální transdukce, odpověď)
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
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)
Mechanismus účinku hormonů odvozených od proteinů V tomto případě hormon do buňky sám nevstoupí.
Hormony • Steroidní (hormony kůry nadledvin a pohlavní hormony) • peptidické nebo proteinové • Působení: principiálně na všechny buňky, jen některé ale na ně mají receptory
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
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
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
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
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)
Neurohypofýza • Oxytocin • kontrakce děložního svalstva při porodu • stahy svalů mléčných žlaz při kojení • ADH • podporuje zpětné vstřebávání vody v nefronech ledvin
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
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)
Neurohypofýzaoxytocin a ADH jsou tvořeny devíti aminokyselinami • Oba hormony se liší jen dvěma aminokyselinami
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
Adenohypofýzatropní hormony • FSH, LH a TSH jsou si velmi blízké chemicky - glykoproteiny • FSH a LH se nazývají gonadotropiny, protože stimulují práci pohlavních žláz
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
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
Růstový hormonnemoci akromegalie Gigantismus - zde způsobený rakovinou adenohypofýzy
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
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)
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
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
Štítná žláza • Tvořena dvěma laloky na ventrální straně tracheje • produkuje thyroxin (T4) a trijodtyronin (T3)
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
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