background image

Prof. Dr.Hedef.D.El-Yassin

 

 

1

 

Biochemistry and Disorders of Hormones of the 
Kidney, Heart and Adipose tissue 
And  
Hormones that regulate calcium homeostasis 

Lecture 8 

 

 

 

 

 

 

 

 

Objectives 

1.  to list the hormones secreted by kidney and state their functions 

2.  to list the hormones secreted by heart and state their functions 

3.  to list the hormones secreted by the adipose tissue and state their functions 

4.  to list the hormones that regulate calcium homeostasis and state their functions 

 

The Kidney 

The human kidney secretes two hormones 

  Erythropoietin 

  Calcitriol (1,25[OH]

2

 Vitamin D

3

) (discussed later) 

 

  Erythropoietin 

(EPO)  is  a  glycoprotein  hormone  that  is  a  growth  factor  for  erythrocyte  (red  blood  cell) 

precursors in the bone marrow.  

  In adults primarily by peritubular cells in the kidneys, where its production is stimulated 

by low oxygen levels in the blood.  

  Some EPO is also produced by the liver, which is the primary source in the fetus. 

Actions 

EPO acts by binding to a specific erythropoietin receptor (EpoR) on the surface of red cell 

precursors in the bone marrow, stimulating them to transform into mature red blood cells. 

As  a  result  the  oxygen  level  in  blood  reaching  the  kidney  rises  and  the  amount  of  EPO 

produced decreases. 

People  with  failing  kidneys  can  be  kept  alive  by  dialysis.  Nevertheless,  dialysis  only 

cleanses  the  blood  from  wastes.  Without  a  source  of  EPO,  these  patients  suffer  from 

anemia. 

 

 

 

 


background image

Prof. Dr.Hedef.D.El-Yassin

 

 

2

 

 

The heart 

In response to a rise in blood pressure, the heart releases two peptides 

  A-type Natriuretic Peptide (ANP) 

This hormone of 28 amino acids is released from stretched atria (hence the "A"). 

  B-type Natriuretic Peptide (BNP) 

This hormone (29 amino acids) is released from the ventricles. (It was first discovered in 

brain tissue; hence the "B") 

Both hormones lower blood pressure by: 

  Relaxing arterioles 

  Inhibiting the secretion of renin and aldosterone 

  Inhibiting the reabsorption of sodium ion by the kidneys. 

The latter two effects  reduce the reabsorption of water by the kidneys.  So the volume of 

urine increases as does the amount of sodium excreted in it. Te net effect of these actions 

is to reduce blood pressure by reducing the volume of blood in the circulating system. 

These effect give ANP and BNP their name (natrium= sodium; uresis= urinate) 

Hormones of adipose tissue 
 

Although the adipocyte's primary role is to store 

fat, it also functions as an endocrine cell that 

releases numerous regulatory molecules, such as 

leptin, adiponectin, and resistin 

1.  Leptin: Studies of the molecular genetics 

of mouse obesity have led to the isolation 

of at least six genes associated with 

obesity.  The most well-known mouse 

gene, named Ob (for obesity), leads to 

severe hereditary obesity in mice. It has 

been identified and cloned. In one strain of 

fat mice, the gene was completely absent, 

indicating that the gene's protein product is 

required to keep the animals' weight under control. The product of the Ob gene is a 

hormone called leptin.  


background image

Prof. Dr.Hedef.D.El-Yassin

 

 

3

 

Leptin is produced proportionally to the adipose mass and, thus, informs the brain of 

the fat store level. It is secreted by fat cells, and acts on the hypothalamus of the brain 

to regulate the amount of body fat through the control of appetite and energy 

expenditure. Leptin's secretion is suppressed by depletion of fat stores (starvation) and 

enhanced by expansion of fat stores (well-fed state). Daily injection of leptin causes 

overweight mice to lose weight and maintain weight loss. The protein also causes 

weight loss in mice that are not obese. In humans, leptin increases the metabolic rate 

and decreases appetite.  

However, plasma leptin in obese humans is usually normal for their fat mass, 

suggesting that resistance to leptin, rather than its deficiency, occurs in human obesity. 

Other hormones released by adipose tissue, such as adiponectin and resistin, may 

mediate insulin resistance observed in obesity 

2.  resistin 

The hormone resistin is one amongst a novel family of three proteins , known as 

resistin-like molecules (RELMs). They are cysteine-rich secreted proteins associated 

with pulmonary inflammation (also known as FIZZ3, found in inflammatory zone). It has 

11 cysteine-residues synthesized as a propeptide of 108 amino acids and secreted as 

a dimmer, build by a disulfide bridge of cysteine residues. Beside this intermolecular 

disulfide bridge, 5 additional intramolecular ones exist. 

Source of reistin 

In humans, resistin expression in adiposite can be detected at a low level. it is higher in 

abdominal fat stores than in thigh adipose tissue, this suggest a potential role in linking 

central obesity to type 2 diabetes and/or cardiovascular disease. Human resistin is 

expressed mainly in pancreatic islet, preadiposites, macrophages and bone marrow.  So 

resistin is of relevance for inflammation processes as well as for lipid metabolism. 


background image

Prof. Dr.Hedef.D.El-Yassin

 

 

4

 

In mice a correlation between adiposity, insulin resistance and resistin expression was 

found empirically. In humans respective studies are not clear. Several show an association 

of resistin serum concentration and adiposity or insulin resistance. 

Resistin putative role(s): 

Relevance of resistin in physiological processes other than energy metabolism was 

investigated. Experiments with endothelial cells gave interesting results, in which resistin 

shown to be potentially able to influence endothelial inflammation and thereby 

atherosclerosis.  

Resistin shares some qualities with another protein secreted by fat cells and associated 

with obesity, the hormone leptin. This hormone, discovered in 1995, seems to regulate 

food intake.  

There is still much to learn about resistin.  But with each new piece fitted into the diabetes 

puzzle, new possibilities arise.  

There are two putative roles of resistin: 

a.  To directly cause insulin resistance  

b.  To block adipocyte differentiation  

The latter might lead to ectopic fat storage (increased amounts of fat in skeletal 

muscle and liver.  

Future work…. 

Future research in this area aims to establish the role of resistin in human disease. 

Measurement of resistin in a simple blood test might then be useful in detecting insulin 

resistance and prediabetic conditions. Looking forward, counteracting resistin's affects on 

the body might be a new approach to preventing and treating diabetes. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


background image

Prof. Dr.Hedef.D.El-Yassin

 

 

5

 

Hormones that regulate 

calcium homeostasis 

Calcium ions regulate a number of important physiological and biochemical process. 

These include:

 

1.  neuromuscular excitability 

2.  blood coagulation 

3.  secretory  processes 

4.  membrane integrity and plasma membrane transport 

5.  enzyme reactions 

6.  the release of hormones and neurotransmitters 

7.  and the intracellular action of a number of hormones. 

 

In addition the proper extracellular fluid and periosteal concentration of Ca

+2

  and

 PO

4

-3

 

are required for bone mineralization. 

To ensure that these processes operate normally, the plasma Ca

+2

 

concentration is maintained within very narrow limits by the actions of the 

following hormones: 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


background image

Prof. Dr.Hedef.D.El-Yassin

 

 

6

 

1.  Vitamin D

3

  

Vitamin D is a fat-soluble steroid hormone precursor that contributes to the 

maintenance of normal levels of calcium and phosphorus in the bloodstream. 

It is also known as calciferol. Vitamin D

3

 is produced in the skin by 

conversion of 7-dehydrocholesterol by UV.  

Calciferol travels in the blood to the liver where it is converted into 25[OH] 

Vitamin D

3

. This compound travels to the kidney where it is converted into 

Calcitriol (1,25[OH]

2

 Vitamin D

3

). This final step is promoted by the PTH. 

Although called a vitamin, calciferol and its products fully qualify as hormones 

because they are: 

  Made in certain cells 

  Carried in the blood 

  Affect gene transcription in target cells 

Diseases 

Vitamin D deficiency is known to cause several bone diseases, due to 

insufficient calcium or phosphate in the bones: 

 

Rickets: a childhood disease characterized by failure of growth and 

deformity of long bones.  

 

Osteoporosis: a condition characterized by fragile bones.  

 

Osteomalacia: a bone-thinning disorder in adults that is characterised 

by proximal muscle weakness and bone fragility. Osteomalacia can only 

occur in a mature skeleton.  

 

 

 

 

 

 


background image

Prof. Dr.Hedef.D.El-Yassin

 

 

7

 

2. Calcitonin 

Calcitonin is a hormone secreted from the parafolicular of C cells in the 

thyroid gland, known to participate in calcium and phosphorus metabolism.  

Calcitonin is a 32 amino acid peptide cleaved from a larger prohormone. It 

contains a single disulfide bond, which causes the amino terminus to assume 

the shape of a ring.  

 

Physiologic Effects of Calcitonin 

Calcitonin plays a role in calcium and phosphorus metabolism. In particular, 

calcitonin has the ability to decrease blood calcium levels at least in part by 

effects on two well-studied target organs:  

 

Bone: Calcitonin suppresses resorption of bone by inhibiting the activity 

of osteoclasts, a cell type that "digests" bone matrix, releasing calcium 

and phosphorus into blood. 

 

Kidney: Calcium and phosphorus are prevented from being lost in urine 

by reabsorption in the kidney tubules. Calcitonin inhibits tubular 

reabsorption of these two ions, leading to increased rates of their loss in 

urine.  

Control of Calcitonin Secretion 

The most prominent factor controlling calcitonin secretion is the 

extracellular concentration of ionized calcium. Elevated blood calcium 

levels strongly stimulate calcitonin secretion, and secretion is suppressed 

when calcium concentration falls below normal.  

Disease States 

A large number of diseases are associated with abnormally increased or 

decreased levels of calcitonin, but pathologic effects of abnormal calcitonin 

secretion per se are not generally recognized.  


background image

Prof. Dr.Hedef.D.El-Yassin

 

 

8

 

3. Parathyroid Hormone (PTH) 

Parathyroid hormone is the most important endocrine regulator of 

calcium and phosphorus concentration in extracellular fluid. This 

hormone is secreted from cells of the parathyroid glands and finds its major 

target cells in bone and kidney. Like most other protein hormones, 

parathyroid hormone is synthesized as a preprohormone. After intracellular 

processing, the mature hormone is packaged within the Golgi into secretory 

vesicles, then secreted into blood by exocytosis. Parathyroid hormone is 

secreted as a linear protein of 84 amino acids.  

Physiologic Effects of Parathyroid Hormone 

If calcium ion concentrations in extracellular fluid fall below normal, 

PTH brings them back within the normal range. In conjunction with 

increasing calcium concentration, the concentration of phosphate ion in blood 

is reduced. Parathyroid hormone accomplishes its job by stimulating at least 

three processes:  

 

Mobilization of calcium from bone: Although the mechanisms remain 

obscure, a well-documented effect of parathyroid hormone is to stimulate 

osteoclasts to reabsorb bone mineral, liberating calcium into blood. 

 

Enhancing absorption of calcium from the small intestine: Facilitating 

calcium absorption from the small intestine would clearly serve to elevate 

blood levels of calcium. Parathyroid hormone stimulates this process, but 

indirectly by stimulating production of the active form of vitamin D in the 

kidney. Vitamin D induces synthesis of a calcium-binding protein in 

intestinal epithelial cells that facilitates efficient absorption of calcium into 

blood. 

 

Suppression of calcium loss in urine: In addition to stimulating fluxes of 

calcium into blood from bone and intestine, parathyroid hormone puts a 

brake on excretion of calcium in urine, thus conserving calcium in blood.  


background image

Prof. Dr.Hedef.D.El-Yassin

 

 

9

 

This effect is mediated by stimulating tubular reabsorption of calcium. Another 

effect of parathyroid hormone on the kidney is to stimulate loss of phosphate 

ions in urine.  

 

Control of Parathyroid Hormone Secretion 

Parathyroid hormone is released in response to low extracellular 

concentrations of free calcium. Changes in blood phosphate concentration 

can be associated with changes in parathyroid hormone secretion, but this 

appears to be an indirect effect and phosphate per se is not a significant 

regulator of this hormone.  

When calcium concentrations fall below the normal range, there is a steep 

increase in secretion of parathyroid hormone. Low levels of the hormone are 

secreted even when blood calcium levels are high.  

Disease States 

Excessive secretion of parathyroid hormone is seen in two forms:  

  Primary hyperparathyroidism is the result of parathyroid gland 

disease. 

  Secondary hyperparathyroidism is the situation where disease 

outside of the parathyroid gland leads to excessive secretion of 

parathyroid hormone. A common cause of this disorder is kidney 

disease. It can also result from inadequate nutrition - for example, diets 


background image

Prof. Dr.Hedef.D.El-Yassin

 

 

11

 

that are deficient in calcium or vitamin D, or which contain excessive 

phosphorus. 

Inadequate production of parathyroid hormone - hypoparathyroidism - 

typically results in decreased concentrations of calcium and increased 

concentrations of phosphorus in blood. Common causes of this disorder 

include surgical removal of the parathyroid glands and disease processes 

that lead to destruction of parathyroid glands. 


background image

Prof. Dr.Hedef.D.El-Yassin

 

 

11

 

 
The following table summarizes body responses to conditions that would 
otherwise lead to serious imbalances in calcium and phosphate levels in 
blood 
 

 

Calcium Deprivation 

Calcium Loading 

Parathyroid 
hormone 

Secretion stimulated 

Secretion inhibited 

Vitamin D 

Production stimulated by increased 
parathyroid hormone secretion 

Synthesis suppressed due to low 
parathyroid hormone secretion 

Calcitonin 

Very low level secretion 

Secretion stimulated high blood calcium 

Intestinal 
absorption of 
calcium 

Enhanced due to activity of vitamin D 
on intestinal epithelial cells 

Low basal uptake 

Release of calcium 
and phosphate 
from bone 

Stimulated by increased parathyroid 
hormone and vitamin D 

Decreased due to low parathyroid hormone 
and vitamin D 

Renal excretion of 
calcium 

Decreased due to enhanced tubular 
reabsorption stimulated by elevated 
parathyroid hormone and vitamin D; 
hypocalcemia also activates calcium 
sensors in loop of Henle to directly 
facilitate calcium reabsorption 

Elevated due to decreased parathyroid 
hormone-stimulated reabsorption. 

Renal excretion of 
phosphate 

Strongly stimulated by parathyroid 
hormone; this phosphaturic activity 
prevents adverse effects of elevated 
phosphate from bone resorption 

Decreased due to hypoparathyroidism 

General Response 

Typically seen near normal serum 
concentrations of calcium and 
phosphate due to compensatory 
mechanisms. Long term deprivation 
leads to bone thining (osteopenia). 

Low intestinal absorption and enhanced 
renal excretion guard against development 
of hypercalcemia. 

Summary 

 

 




رفعت المحاضرة من قبل: Abdalmalik Abdullateef
المشاهدات: لقد قام 11 عضواً و 161 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل