Azioni del Sistema Nervoso Autonomo sul Cuore Sede/Funzione SNA Simpatico SNA Parasimpatico (adrenergico) (colinergico,muscarinico) gittata cardiaca β1, (β2): ↑ M2: ↓ Nodo SA frequenza (cronotropismo) β1, (β2): ↑ M2: ↓ Muscolo atriale: contrattilità (inotropismo) β1, (β2): ↑ M2: ↓ Muscolo ventricolare contrattilità (inotropismo) β1, (β2): ↑ automatismo β1, (β2): ↑ Nodo AV conduzione β1: ↑ M2: ↓ automatismo β1: ↑ M2: ↓ ↓ ↓

Actions of the β1 receptor (heart): ↑ cardiac output ↑ heart rate in sinoatrial node (SA node) (chronotropic effect) ↑ cardiac muscle contractility (inotropic effect) ↑ contractility and automaticity of ventricular cardiac muscle. ↑ conduction and automaticityof atrioventricular node (AV node) Agonists: Isoprenaline has higher affinity for β1 than noradrenaline, which, in turn, binds with higher affinity than adrenaline. A selective agonist to the beta-1 receptor is dobutamine Antagonists (Beta-blockers) β1-selective are: Acebutolol, Atenolol, Betaxolol, Bisoprolol, Esmolol, Metoprolol, Nebivolol… β1/ β2-blocker are: Alprenolol, Mepindolol, Metipranolol, Nadolol, Oxprenolol, Penbutolol, Pindolol, Propranolol, Sotalol, Timolol… Mechanism Gs renders adenylate cyclase activated, resulting in increase of cAMP

Actions of the β2 receptor (heart): ↑ cardiac output (minor degree compared to β1). ↑ heart rate in sinoatrial node (SA node) (chronotropic effect). ↑ atrial cardiac muscle contractility. (inotropic effect). ↑ contractility and automaticity of ventricular cardiac muscle. Agonists: Isoprenaline has higher affinity for β2 than noradrenaline, which, in turn, binds with higher affinity than adrenaline. Antagonists (Beta-blockers) β2-selective are: Butaxamine Mechanism Gs renders adenylate cyclase activated, resulting in increase of cAMP;

Actions of the M2 receptor (heart): ↓ cardiac output ↓ heart rate in sinoatrial node (SA node) (chronotropic effect) ↓ atrial cardiac muscle contractility. (inotropic effect) - contractility and automaticity of ventricular cardiac muscle Agonists: Acetylcholine Antagonists (anticholynergic) are: Atropine Mechanism Gi inactivates adenylate cyclase activated, resulting in decrease of cAMP; In addition, M2 modulate potassium channels .

Recettore che lega una proteina G I recettori collegati a proteine G formano la famiglia più grande di recettori cellulari di superficie e sono presenti in tutti gli eucarioti. Essi legano molecole proteiche mediante un voluminoso dominio extracellulare di legame – che coinvolge anche alcuni dei segmenti transmembrana. Tutti i recettori di questa famiglia hanno una struttura simile che consiste in una singola catena polipeptidica che passa avanti e indietro 7 volte attraverso il doppio strato lipidico. Molti dei farmaci che utilizziamo agiscono mediante questo tipo di recettore. Recettore che lega una proteina G

Struttura di una proteina G inattiva Sia la subunità a sia quella g hanno molecole lipidiche attaccate covalentemente che aiutano a legarle alla membrana plasmatica. La subunità a lega GDP.

Nello stato non stimolato il recettore e la proteina G sono entrambi inattivi. L’attacco di un segnale extracellulare al recettore ne cambia la conformazione e ciò modifica a sua volta la conformazione della proteina G che gli è legata. L’alterazione della subunità a della proteina G le permette di scambiare GDP con GTP. Questo provoca la divisione della proteina G nei suoi due componenti attivi – una subunità a e un complesso bg – entrambi i quali possono regolare l’attività di proteine bersaglio nella membrana plasmatica. Il recettore resta attivo fino a quando la molecola segnale esterna gli rimane legata e quindi può catalizzare l’attivazione di molte molecole di proteina G.

Dopo aver attivato la sua proteina bersaglio la proteina G si disattiva spontaneamente idrolizzando il GTP a GDP. La subunità a si dissocia dalla proteina bersaglio e si riassocia a un complesso bg riformando una proteina G inattiva. L’attacco alla proteina bersaglio in genere stimola l’attività GTPasica della subunità a.

L’adenilato ciclasi (o adenilico ciclasi) è frequentemente il bersaglio – l’effettore –della subunità a attivata di una proteina G.

L’enzima adenilico ciclasi catalizza la sintesi di AMP ciclico (cAMP) a partire da ATP. Il cAMP è un composto cellulare instabile (viene idrolizzato da un altro specifico enzima chiamato fosfodiesterasi) che svolge una funzione di trasduttore intracellulare – detto secondo messaggero – del segnale recettoriale.

Questa cellula nervosa in coltura sta rispondendo al neurotrasmettitore serotonina, che agisce tramite un recettore collegato a proteina G per provocare un rapido aumento della concentrazione di AMP ciclico (cAMP). La visualizzazione dei livelli di cAMP è possibile grazie al suo legame con un indicatore proteico fluorescente (blu < giallo < rosso). Nella cellula a riposo (a) la concentrazione di cAMP è circa 5 x 10-8 M. 20 sec dopo l’aggiunta di serotonina al terreno di coltura (b) il suo livello intracellulare aumenta oltre 10-6 M.

La subunità a di una proteina G che attiva il suo effettore adenilato ciclasi si definisce as (stimolatrice) Emanuele Giordano – Biochimica BS – Laurea Specialistica in Ingegneria Biomedica – II Facoltà di Ingegneria – Università di Bologna, sede di Cesena

L’attivazione netta dell’adenilato ciclasi consegue al bilancio dell’attività di proteine G che stimolano (as) o inibiscono (ai) il loro effettore, trasducendo il segnale di ligandi con azione antagonista. Emanuele Giordano – Biochimica BS – Laurea Specialistica in Ingegneria Biomedica – II Facoltà di Ingegneria – Università di Bologna, sede di Cesena

L’attivazione dell’adenilico ciclasi e l’aumento della concentrazione intracellulare di cAMP attivano la proteina chinasi dipendente da cAMP (PKA) nel citosol.

Il legame di cAMP alle subunità regolatrici della proteina chinasi dipendente da cAMP (PKA) ne induce un cambiamento conformazionale che determina la loro dissociazione dalle subunità catalitiche che risultano attivate.

L’attivazione di una proteina di segnalazione intracellulare, che funziona come un interruttore molecolare, è spesso determinata dall’aggiunta di un gruppo fosfato. Il processo è catalizzato da una chinasi. La rimozione del fosfato da parte di una coincide con l’inattivazione della proteina. NB: In realtà una fosforilazione può essere inibitrice (in questo caso la defosforilazione rappresenterebbe lo stato on)

Calcium signaling during cardiac contraction. Cardiac contraction is initiated by the influx of calcium through L-type calcium channels (LTCC) in the cell membrane. The rise in intracellular calcium triggers further calcium release from the sarcoplasmic reticulum by the ryanodine receptor (RyR). Calcium then associates with troponin C in the sarcomere and stimulates contraction (systole). Release of calcium from the sarcomere causes relaxation (diastole) and its reuptake into the sarcoplasmic reticulum by SERCA.

Calcium signaling during cardiac contraction. Cardiac contraction is initiated by the influx of calcium through L-type calcium channels (LTCC) in the cell membrane. The rise in intracellular calcium triggers further calcium release from the sarcoplasmic reticulum by the ryanodine receptor (RyR). Calcium then associates with troponin C in the sarcomere and stimulates contraction (systole). Release of calcium from the sarcomere causes relaxation (diastole) and its reuptake into the sarcoplasmic reticulum by SERCA. Signaling from the ß-adrenergic receptor (ß-AR) activates adenylyl cyclase (AC), generating cAMP, which activates protein kinase A (PKA). PKA phosphorylates the RyR, resulting in dissociation of FKBP12.6, and phospholamban (PLB), which modulates the activity of SERCA. Activation of ß-ARK by ß-AR signaling creates a negative feedback loop.