Pasiuntiniai– mažos molekulinės masės medžiagos, pernešančios hormonų signalus ląstelės viduje. Jie pasižymi dideliu judėjimo, skilimo ar pašalinimo greičiu (Ca 2+, cAMP, cGMP, DAG, ITP).

Pasiuntinių mainų pažeidimai sukelia rimtų pasekmių. Pavyzdžiui, forbolio esteriai, kurie yra DAG analogai, tačiau skirtingai nei jie organizme nesuyra, prisideda prie piktybinių navikų vystymosi.

CAMP praėjusio amžiaus šeštajame dešimtmetyje atrado Sutherlandas. Už šį atradimą jis gavo Nobelio premiją. cAMP dalyvauja energijos atsargų mobilizavime (angliavandenių skilimas kepenyse arba trigliceridų skaidymas riebalų ląstelėse), vandens sulaikymas inkstuose, kalcio metabolizmo normalizavimas, širdies susitraukimų stiprumo ir dažnumo didinimas, steroidinių hormonų susidarymas, lygiųjų raumenų atsipalaidavimas ir kt.

cGMP aktyvina PC G, PDE, Ca 2+ -ATPazę, uždaro Ca 2+ kanalus ir mažina Ca 2+ lygį citoplazmoje.

Fermentai

Kaskadinių sistemų fermentai katalizuoja:

• antrinių hormoninio signalo pasiuntinių susidarymas;
• kitų fermentų aktyvinimas ir slopinimas;
• substratų pavertimas gaminiais;

Adenilato ciklazė (AC)

Glikoproteinas, kurio masė nuo 120 iki 150 kDa, turi 8 izoformas, pagrindinį adenilato ciklazės sistemos fermentą, su Mg 2+ katalizuoja antrinio pasiuntinio cAMP susidarymą iš ATP.

AC yra 2 –SH grupės, viena skirta sąveikai su G baltymu, kita – katalizei. AC yra keletas allosterinių centrų: Mg 2+, Mn 2+, Ca 2+, adenozino ir forskolino.

Aptinkama visose ląstelėse, esančiose vidinėje ląstelės membranos pusėje. AC veiklą kontroliuoja: 1) tarpląsteliniai reguliatoriai – hormonai, eikozanoidai, biogeniniai aminai per G baltymus; 2) intracelulinis Ca 2+ reguliatorius (Ca 2+ aktyvina 4 nuo Ca 2+ priklausomas AC izoformas).

Baltymų kinazė A (PK A)

PC A yra visose ląstelėse, katalizuoja reguliuojančių baltymų ir fermentų serino ir treonino OH grupių fosforilinimo reakciją, dalyvauja adenilato ciklazės sistemoje, yra stimuliuojamas cAMP. PC A susideda iš 4 subvienetų: 2 reguliavimo R(masė 38000 Da) ir 2 kataliziniai SU(masė 49000 Da). Reguliavimo subvienetai turi 2 cAMP surišimo vietas. Tetrameras neturi katalizinio aktyvumo. 4 cAMP pridėjimas prie 2 R subvienetų keičia jų konformaciją ir tetramero disociaciją. Taip išsiskiria 2 aktyvūs kataliziniai subvienetai C, kurie katalizuoja reguliuojančių baltymų ir fermentų fosforilinimo reakciją, kuri keičia jų aktyvumą.

Baltymų kinazė C (PK C)

PC C dalyvauja inozitolio trifosfato sistemoje ir yra stimuliuojamas Ca 2+, DAG ir fosfatidilserino. Ji turi reguliavimo ir katalizinę sritį. PC C katalizuoja fermentų baltymų fosforilinimo reakciją.

Baltymų kinazė G (PK G) randamas tik plaučiuose, smegenyse, lygiuosiuose raumenyse ir trombocituose, dalyvauja guanilato ciklazės sistemoje. PC G turi 2 subvienetus, yra stimuliuojamas cGMP, katalizuoja fermentų baltymų fosforilinimo reakciją.

Fosfolipazė C (PL C)

Hidrolizuoja fosfatidilinozitolių fosfoesterio ryšį, sudarydamas DAG ir IP 3, turi 10 izoformų. PL C reguliuojamas per G baltymus ir aktyvuojamas Ca 2+ .

Fosfodiesterazė (PDE)

PDE paverčia cAMP ir cGMP į AMP ir GMP, inaktyvuodama adenilato ciklazės ir guanilato ciklazės sistemą. PDE aktyvuoja Ca 2+ , 4Ca 2+ -kalmodulinas, cGMP.

NĖRA sintazės yra sudėtingas fermentas, kuris yra dimeras su keliais kofaktoriais, prijungtais prie kiekvieno jo subvieneto. NO sintazė neturi izoformų.

Dauguma žmonių ir gyvūnų kūno ląstelių yra pajėgios sintetinti ir išskirti NO, tačiau labiausiai ištirtos trys ląstelių populiacijos: kraujagyslių endotelis, neuronai ir makrofagai. Pagal sintezuojančio audinio tipą NO sintazė turi 3 pagrindines izoformas: neuronų, makrofagų ir endotelio (vadinamos atitinkamai kaip NO sintazė I, II ir III).

Neuroninės ir endotelio NO sintazės izoformos nuolat yra ląstelėse nedideliais kiekiais ir sintetina NO fiziologinėmis koncentracijomis. Juos aktyvuoja kalmodulino-4Ca 2+ kompleksas.

NO sintazės II makrofaguose paprastai nėra. Makrofagai, veikiami mikrobinės kilmės lipopolisacharidų ar citokinų, susintetina didžiulį NO sintazės II kiekį (100-1000 kartų daugiau nei NO sintazės I ir III), kuri gamina toksiškos koncentracijos NO. Gliukokortikoidai (hidrokortizonas, kortizolis), žinomi dėl savo priešuždegiminio aktyvumo, slopina NO sintazės ekspresiją ląstelėse.

Veiksmas NR

NO yra mažos molekulinės masės dujos, lengvai prasiskverbia pro ląstelių membranas ir tarpląstelinės medžiagos komponentus, pasižymi dideliu reaktyvumu, vidutinis pusinės eliminacijos laikas ne ilgesnis kaip 5 s, galimas difuzijos atstumas mažas, vidutiniškai 30 mikronų.

Esant fiziologinėms koncentracijoms, NO turi stiprų kraujagysles plečiantį poveikį.:

· Endotelis nuolat gamina nedidelius NO kiekius.

· Esant įvairiems poveikiams – mechaniniams (pavyzdžiui, padidėjus kraujotakai ar pulsuojant), cheminiam (bakteriniai lipopolisacharidai, limfocitų ir kraujo trombocitų citokinai ir kt.) – NO sintezė endotelio ląstelėse žymiai padidėja.

· NO iš endotelio difunduoja į gretimas kraujagyslės sienelės lygiųjų raumenų ląsteles ir jose aktyvuoja guanilatciklazę, kuri sintetina cGMP per 5c.

· Dėl cGMP sumažėja kalcio jonų kiekis ląstelių citozolyje ir susilpnėja ryšys tarp miozino ir aktino, todėl ląstelėms atsipalaiduoja po 10 s.

Šiuo principu veikia vaistas nitroglicerinas. Skilus nitroglicerinui, susidaro NO, dėl to plečiasi širdies kraujagyslės ir dėl to sumažėja skausmo pojūtis.

NO reguliuoja smegenų kraujagyslių spindį. Neuronų aktyvavimas bet kurioje smegenų srityje sukelia neuronų, kuriuose yra NO sintazės ir (arba) astrocitų, sužadinimą, kuriuose taip pat gali būti sukelta NO sintezė, o iš ląstelių išsiskiriančios dujos sukelia vietinį kraujagyslių išsiplėtimą šioje srityje. sužadinimo.

NO dalyvauja išsivystant septiniam šokui, kai daug kraujyje cirkuliuojančių mikroorganizmų staigiai suaktyvina NO sintezę endotelyje, dėl to ilgai ir stipriai išsiplečia smulkios kraujagyslės ir dėl to labai sumažėja. esant kraujospūdžiui, kurį sunku gydyti terapiškai.

Esant fiziologinėms koncentracijoms, NO pagerina reologines kraujo savybes:

NO, susidaręs endotelyje, neleidžia leukocitams ir kraujo trombocitams prilipti prie endotelio, taip pat mažina pastarųjų agregaciją.

NO gali veikti kaip augimą stabdantis faktorius, neleidžiantis daugintis lygiųjų raumenų ląstelėms kraujagyslės sienelėje, kuri yra svarbi aterosklerozės patogenezės grandis.

Didelės koncentracijos NO turi citostatinį ir citolitinį poveikį ląstelėms (bakterijoms, vėžiui ir kt.):

· NO sąveikaujant su radikalo superoksido anijonu susidaro peroksinitritas (ONOO-), kuris yra stiprus toksiškas oksidatorius;

· NO stipriai jungiasi prie geležies turinčių fermentų hemininės grupės ir juos slopina (mitochondrijų oksidacinio fosforilinimo fermentų slopinimas blokuoja ATP sintezę, DNR replikacijos fermentų slopinimas prisideda prie DNR pažeidimų kaupimosi).

· NO ir peroksinitritas gali tiesiogiai pažeisti DNR, dėl to suaktyvinami apsauginiai mechanizmai, ypač stimuliuojamas fermento poli(ADP-ribozės) sintetazė, o tai dar labiau sumažina ATP lygį ir gali sukelti ląstelių mirtį (per apoptozę).

Susijusi informacija.

Antriniai tarpininkai (antriniai pasiuntiniai) – signalo perdavimo sistemos komponentai ląstelėje. Tai mažos molekulinės masės cheminiai junginiai, turintys specifinę sintezės ir skilimo sistemą. Poilsio metu jų nedaug. VP koncentracija greitai kinta veikiant tarpląsteliniams signalams (hormonams, neuromediatoriams). VP turi aiškius specifinius taikinius (efektoriaus baltymus), per kuriuos jie tarpininkauja ląstelių atsakui.

VP pasižymi šiomis savybėmis: jie turi mažą molekulinę masę ir dideliu greičiu difunduoja citoplazmoje; greitai suskaidomi ir greitai pašalinami iš citoplazmos. Antriniai pasiuntiniai turi turėti didelį sintezės ir skilimo greitį: esant mažam medžiagų apykaitos greičiui, jie neatsiliks nuo greitų receptorių stimuliacijos pokyčių.

Paryškinti 3 grupės antriniai tarpininkai.

- Hidrofilinės molekulės(cAMP, cGMP, IP 3, Ca 2+, H 2 O 2) veikia citozolyje.

- Hidrofobinės molekulės(diacilgliceroliai DAG ir fosfatidilinozitoliai PIP n) veikia lokaliai membranose.

- Dujos(NO, CO, H2S) yra trumpaamžiai, bet gana stabilūs reaktyviųjų deguonies rūšių produktai; jie tirpsta citozolyje ir gali patekti į ląstelę iš išorės per plazmos membraną.

Signalizacijos sistemos, naudojantys antrinius tarpininkus, turi trys signalo stiprinimo lygiai. Pirmasis patobulinimas įvyksta membranos lygyje. Nors receptorius yra prijungtas prie ligando, jis aktyvuoja kelis taikinius (G baltymus). Nors GTP yra aktyvioje G baltymo vietoje, jis savo ruožtu aktyvuoja keletą efektorių. Šie efektoriai sudaro antrąjį ir galingiausią signalo stiprinimo lygį. Paprastai tai yra fermentai, turintys didelę katalizinę galią ir apyvartą. Jų užduotis yra susintetinti daugybę antrinių pasiuntinių. Tai yra trečiasis stiprinimo etapas.

Antriniai pasiuntiniai dalyvauja signalizacijoje iš membraninių receptorių, sujungtų su G baltymais.

Signalo perdavimo keliai dalyvaujant G baltymams – baltymų kinazės apima Tolesni žingsniai.

1) Ligandas jungiasi prie receptorių, esančių ląstelės membranoje.

2) Su ligandu susietas receptorius, sąveikaudamas su G baltymu, jį aktyvuoja, o aktyvuotas G baltymas suriša GTP.

3) Suaktyvintas G-baltymas sąveikauja su vienu ar keliais iš šių junginių: adenilato ciklaze, fosfodiesteraze, fosfolipazėmis C, A 2, D, jas aktyvuodamas arba slopindamas.

4) Vieno ar kelių antrųjų pasiuntinių, tokių kaip cAMP, cGMP, Ca 2+, IP 3 arba DAG, intracelulinis lygis padidėja arba sumažėja.

5) Antrojo pasiuntinio koncentracijos padidėjimas arba sumažėjimas turi įtakos vienos ar daugiau nuo jo priklausančių proteinkinazių, tokių kaip nuo cAMP priklausomos proteinkinazės (proteinkinazė A), nuo cGMP priklausomos proteinkinazės (PKG), aktyvumui. nuo kalmodulino priklausoma proteinkinazė(CMPC), proteinkinazė C. Antrojo pasiuntinio koncentracijos pasikeitimas gali suaktyvinti vieną ar kitą jonų kanalą.

6) Pasikeičia fermento ar jonų kanalo fosforilinimo lygis, kuris įtakoja jonų kanalo aktyvumą, nulemdamas galutinį ląstelės atsaką.

(Išsamesnė diagrama):

5. Membraninių receptorių klasifikacija.

Pagal struktūrą ir veikimo mechanizmą išskiriamos 4 pagrindinės grupės, kurios yra integraliniai membraniniai baltymai. Receptoriai, tiesiogiai sujungti su jonų kanalais(pavyzdžiui, N-cholinoreceptoriai) (ligandų valdomi jonų kanalai, LGIC) ir Trimeriniai G baltymai susieti receptoriai(pavyzdžiui, M-cholinerginiai receptoriai) (G-baltymu susieti receptoriai, GPCR) sudaro dvi geriausiai žinomas ir apibūdintas grupes. Grupėje receptoriai, tiesiogiai susieti su fermentais(Pavyzdžiui, insulino receptoriai, tiesiogiai susieti su tirozino kinaze) – keli pogrupiai: receptoriai tirozino kinazės(receptorių baltymų tirozino kinazės, RPTK) ir nedidelė receptorių grupė serino/treonino kinazės, ir Receptoriai-fermentai, turintys ne kinazės aktyvumą, pvz., guanililciklazė (GCase). 4- citokinų receptoriai(citokinų receptoriai, CR) (pavyzdžiui, interferono receptoriai α, β, γ). Pagal savo veikimo būdą jie labai panašūs į RPTK, tačiau neturi savo fermentinio aktyvumo ir kaip partnerius pritraukia fermentus iš citozolio. Pastarosios daugiausia yra baltymų kinazės, kurios jungiasi prie aktyvuotų citokinų receptorių ir tik po to fosforilina specifinius substratus, taip perduodamos signalą į citoplazmą. Reikėtų pažymėti, kad visų šių receptorių membraninė lokalizacija nereiškia, kad jie yra išskirtinai tik ląstelės paviršiuje. Jie taip pat gali būti ant vidinių organelių membranų, pavyzdžiui, endosomose, mitochondrijose arba endoplazminiame tinkle.

Pagal funkcinę apkrovą: jonotropinis Ir metabotropinis. Iš esmės šis padalijimas atspindi ląstelių atsako tipą, kai šie receptoriai aktyvuojami. Kaip rodo pavadinimas, jonotropiniai receptoriai reguliuoja jonines sroves, t.y. kontroliuoti ligandų valdomus jonų kanalus. Jie greitai pakeičia membranos potencialą ir tokiu būdu tarpininkauja greičiausiam ląstelių atsakui į aplinkos poveikį (regos, skonio ir uoslės ląsteles). Priešingai, metabotropiniai receptoriai reguliuoja medžiagų apykaitos transformacijas (energijos srautus) ląstelės viduje. Jie naudoja adapterio baltymus ir fermentus, kad perduotų signalus ir pakeistų tikslinių fermentų aktyvumą.

6. Fermentų aktyvumo reguliavimo metodai: baltymų molekulių skaičiaus keitimas arba jo potransliacinės modifikacijos. Potransliacinių modifikacijų tipai, kuriuos receptoriai naudoja signalo perdavimui. Pavyzdžiai.
Hormonai aktyvina efektorinių receptorių sistemas – keičia viduląstelinių fermentų aktyvumą. Pagal hormonų kontrolę 6 iš 8 fermentų reguliavimo mechanizmų. 4 (kovalentinė modifikacija, baltymų ir baltymų sąveika, allosterinis reguliavimas ir ribota proteolizė) – greiti specifinio fermentų aktyvumo pokyčiai, 2 (baltymų ekspresijos lygio ir izoforminės sudėties pokyčiai) yra susiję su fermentų skaičiaus pokyčiais ląstelėje ir netiesiogiai keičia jų bendrą aktyvumą ląstelėje.

Likusi dalis nesusijusi su Gormanais: upės dalyvių, e metabolitų koncentracijų pokyčiai.
1) 1. Substrato arba kofermento prieinamumas

Esant pastoviai temperatūrai, cheminės reakcijos greitis yra proporcingas reaguojančių medžiagų koncentracijos sandaugai. be tiesioginės hormonų kontrolės. pagreitinti arba sulėtinti

Trikarboksirūgšties ciklu (TCA ciklas) substratas yra oksaloacetatas(oksaloacto rūgštis). Oksalacetato buvimas „stumia“ ciklo reakcijas, o tai leidžia acetil-SCoA dalyvauti oksidacijoje.

ΔG" = ΔG 0" + RT ln[(C+D)/(A+B)],

kur ΔG" yra tikrasis Gibso laisvosios energijos pokytis, kai pH 7, ΔG 0 " yra standartinis Gibso laisvosios energijos pokytis, kai pH 7 tam tikrai reakcijai (esant pusiausvyrinei reagentų koncentracijai 1 Mol/l ir 25 o C) , R – universali dujų konstanta, T – Kelvino temperatūra, A, B, C, D – reagentų pusiausvyros koncentracijos.

Hormonai netiesiogiai įtakoja reagentų pusiausvyros koncentracijas, veikdami negrįžtamas reakcijas. Didėja jų greitis, didėja ir produkto kiekis. Nėra prasmės keisti pusiausvyros reakcijas tarpininkaujančių fermentų aktyvumo, nes fermentas nekeičia reakcijos pusiausvyros.

2) Daugelyje medžiagų apykaitos būdų metabolitai nuotoliniu būdu įtakoja fermentų aktyvumą. tiesioginis arba grįžtamasis ryšys metabolinėje grandinėje. Galutinis metabolitas yra neigiamo grįžtamojo ryšio mechanizmas. Pradinis metabolitas - tiesioginis reguliavimas.

Efektoriai yra konkurenciniai arba allosteriniai reguliatoriai.

3)Kovalentinės modifikacijos prie baltymų molekulių pridedant mažos molekulinės masės radikalų – posttransliaciniu lygmeniu. labiausiai paplitęs mechanizmas.

Aminorūgščių likučiai (serinas, treoninas, tirozinas, lizinas, argininas, prolinas ir dikarboksirūgšties likučiai) gali būti modifikuoti. pridedama metilo, acetilo ir hidroksilo grupių, biotino, azoto oksido, fosfatų, sulfatų ir didesnių angliavandenių, lipidų, baltymų ar nukleotidų pakaitalų (ADP-ribozilo). Glikozilinimas yra pagrindinė glikokalikso išorinių baltymų modifikacija, o prenilinimas lipidų liekanomis yra skirtas priverstiniam baltymų lokalizavimui ant membranos.

Fosforilinimas naudojamas signalui perduoti į ląstelę. fosfatų grupė veikia kaip etiketė, fiksuojanti patį signalo perdavimo faktą iš vieno kaskados komponento (baltymų kinazės) į kitą (substratą). Kartais šis signalas yra defosforilinimas (fosfatazė)

Fosforilinimas – signalizacijos kaskadų galutinių dalyvių aktyvumo pokyčiai. Daugelis taikinių yra transferazės (kovalentinės jų substratų modifikacijos). Pavyzdžiui, daugelio hormonų veikimas yra skirtas pakeisti ląstelės transkripcijos aktyvumą ir baltymų sudėtį. Jame dalyvauja fermentai, modifikuojantys chromatino baltymus, transkripcijos faktoriai ir kinazės, kurios juos fosforilina. Dėl aktyvacijos transkripcijos faktorių kinazės ir chromatino baltymai juda iš citoplazmos į branduolį, padidina atskirų genomo regionų prieinamumą ir suaktyvina transkripciją, modifikuojant daugybę tikslinių baltymų liekanų po transliacijos. Transkripcijos faktoriai (p53): fosforilinimas. Acetilintas arba ubikvitinuotas ir sumoilintas, kad būtų sėkmingesnis skirstymas. Histonai ir kiti chromatino baltymai: įvairios modifikacijos – keičiant chromatino tankį ir didinant DNR sekcijų prieinamumą transkripcijai. (fosforilinimas, metilinimas ir acetilinimas per trumpą seką, atsakingą už šio baltymo funkcinį aktyvumą).

4) Allosteriniai fermentai - 2 ar daugiau subvienetų: kai kuriuose subvienetuose yra katalizinis centras, kiti turi alosterinį centrą ir yra reguliuojantys. Efektoriaus prijungimas prie allosterinio subvieneto lemia baltymų konformacijos ir katalizinio subvieneto aktyvumo pokyčius.

Allosteriniai fermentai ( pagrindiniai fermentai) paprastai stovi medžiagų apykaitos takų pradžioje, o daugelio vėlesnių reakcijų eiga priklauso nuo jų aktyvumo.

fruktozė-2,6-bisfosfatas, 2,3-bisfosfoglicerolis - glikolizės produktai - alosteriniai reguliatoriai

5) ribota (dalinė) profermentų proteolizė - didesnis pirmtakas ir kai jis patenka į reikiamą vietą, šis fermentas suaktyvinamas skaidant iš jo peptidų fragmentus. apsaugo tarpląstelines struktūras nuo pažeidimų. Virškinimo fermentus (pepsiną, tripsiną, chimotripsiną) gamina liaukos ląstelės neaktyvios profermentų formos. yra aktyvuojami ribotos proteolizės būdu jau skrandžio (pepsino) arba žarnyno (kitų) spindyje.

6) baltymų ir baltymų sąveika – reguliatoriais veikia ne biocheminių procesų metabolitai, o specifiniai baltymai. Apskritai situacija panaši į alosterinį mechanizmą: bet kokiems veiksniams paveikus konkrečius baltymus, pakinta šių baltymų aktyvumas, o jie savo ruožtu veikia norimą fermentą.

Membraninis fermentas adenilato ciklazė jautrus įtakai G baltymas, kurį suaktyvina tam tikri hormonai (adrenalinas ir gliukagonas) veikiant ląstelę.

7.8) Keisti išraiškos lygis arba izoformų sudėtis fermentai – ilgalaikės reguliavimo strategijos (transkripcijos faktoriai, keičiantys genų transkripcijos greitį ir efektyvumą). - steroidiniai ir skydliaukės hormonai. Kartu su tarpląsteliniais receptoriais jie pereina į branduolį, kur aktyvuoja arba slopina transkripciją tam tikruose genomo regionuose.

Baltymų skilimo greičio pokyčius reguliuoja ubikvitinacija. 5 pakopų procesas, apimantis tris fermentus: ubikvitiną aktyvinantį, ubikvitiną konjuguojantį ir ubikvitiną susiejantį kryžminį ryšį (ligazės). Šio proceso reguliavimas yra nuo receptorių priklausomas ubikvitino ligazių aktyvavimas. Tokios ligazės pavyzdys yra Cbl baltymas, augimo faktoriaus ir citokinų receptorių partneris. Nuo receptorių priklausomas Cbl aktyvavimas įvyksta, kai jo N-galinis fosfotirozino surišimo domenas prisijungia prie aktyvuoto receptoriaus. Tada Cbl sąveikauja su papildomais baltymais ir sukelia tikslinių baltymų ubikvitinaciją.

Indukuojama NO sintazė (iNOS) – greitas baltymų izoformų sudėties pokytis suaktyvėjus ląstelių gynybinėms reakcijoms. Dvi NO sintazės izoformos, neuronų (nNOS) ir endotelio (eNOS), yra konstituciškai išreikštos. iNOS ekspresiją sukelia priešuždegiminių citokinų receptorių (interferono, interleukino-1, TNFα) aktyvavimas. oksidacinio streso ir bakterinės infekcijos sąlygomis kinta bendras NO sintazių aktyvumas ir antrinio pasiuntinio NO gamybos lygis.

7. Augimo faktoriai kaip pagrindiniai ląstelių dalijimosi reguliatoriai. Trumpai apie jų veikimo mechanizmą.

Ląstelių augimas ir vystymasis normaliose ir naviko linijose prasideda nuo ląstelės poveikio PR – polipeptidams, kuriuos ląstelė arba išskiria, arba išsiskiria, kai ląstelė miršta. gali cirkuliuoti kraujyje, bet dažniau turėti vietinį poveikį. Prisijungus prie receptoriaus, padidėja afinitetas – receptorių oligomerizacija. 1 receptorius fosforilina kitą receptoriaus molekulę ties tirozino liekanomis. Baltymai, dalyvaujantys perduodant signalą iš receptoriaus, turi domenus, kurie atpažįsta fosfotiroziną (SH2 domenai, „antros eilės Src kinazės domenas“). SH2 domeną turintys baltymai atpažįsta dar 10-15 aminorūgščių į kairę ir į dešinę nuo fosfotirozino, todėl jų surišimas yra labai specifinis. Susisiekę su receptoriumi baltymai pakeičia savo veiklą, gali aktyvuoti vienas kitą, surišti naujus baltymus – susidaro kompleksiniai oligomerinių baltymų kompleksai. FR perduoda signalą į branduolį naudodami MAP kinazes (mitogeno aktyvuotas proteinkinazes), kurios stimuliuoja transkripcijos faktorius – ląstelių dalijimąsi. Reguliavimas vyksta per tirozino fosforilinimą be antrųjų pasiuntinių. Signalas baigiasi branduolinių baltymų serino/treonino fosforilinimu.

SH3 domenai atpažįsta tris prolino liekanas, esančias netoliese 1 baltyme. baltymas 2 su vienu domenu prisijungs prie FR receptoriaus, o kitas prisijungs prie baltymo su 3 prolino liekanomis. Sudėtingo oligomerinio komplekso susidarymas, apimantis baltymų fosforilinimą-defosforilinimą, guanilo nukleotidų mainus, fosfolipidų skilimą, citoskeleto baltymų prijungimą ir kt.

FR veikimas ląstelėje. FR jungiasi prie receptorių arba membranos paviršiuje, arba ląstelės viduje. A-FR sukelia baltymų fosforilinimą arba tiesiogiai sąveikaudami su receptoriumi, kuris yra tir-PKazė (IGF-1, IGF-2, insulinas), arba dėl adenilato ciklazės arba fosfatidilinozitolio kaskadų įtraukimo ir baltymų kinazių aktyvinimo. Fosforilinti baltymai aktyvina transkripcijos faktorius, sukeldami naujų mRNR ir baltymų sintezę. B – FR patenka į ląstelę ir, kartu su intraląsteliniu receptoriumi, patenka į branduolį, suaktyvindamas genų, skatinančių ląstelių augimą, transkripciją. 1 - G baltymas; 2 - fermentai, sintezuojantys antruosius pasiuntinius: adenilato ciklazę, fosfolipazę C, guanilatciklazę.

8. Kaip receptorių giminingumas hormonui yra susijęs su šio signalo išsivystymo ir gesinimo laiku? Ląstelių jautrumo hormonui reguliavimas keičiant receptorių skaičių ir jų ryšį su efektorinėmis sistemomis.
Maksimalus biologinis poveikis gali išsivystyti net tada, kai hormonas užima tik nedidelę receptorių dalį. (po lygiųjų raumenų, širdies išankstinio inkubacijos kurare ar atropinu susidaro stiprus kompleksas su antagonistu, tačiau acetilcholino poveikis išsivysto per kelias sekundes po receptorių plovimo iš blokatoriaus). Ląstelėje yra receptorių „perteklius“, todėl hormonas gali sukelti didžiausią atsaką, net kai jis užima tik nedidelę receptorių dalį.

Katecholaminų koncentracija kraujyje yra 10-9 – 10-8 M. Receptorių afinitetas šiems hormonams mažesnis (Kd = 10-7 – 10-6 M). Pusė maksimalaus adenilatciklazės aktyvavimo yra esant didelėms koncentracijoms (10-7-10-6 M), o poveikis glikogenolizei arba lipolizei (poveikis, kurį sukelia cAMP sintezė) yra mažos koncentracijos (10-9-10-8 M). .

Kad pasireikštų poveikis, katecholaminai turi prisijungti tik prie mažiau nei 1% β-adrenerginių receptorių. Histamino receptorių „perteklius“ yra 100 kartų, gliukagono, angiotenzino ir AKTH receptorių – 10 kartų „perteklius“. Tai paaiškinama dideliu signalo stiprinimo laipsniu (105 - 108 kartus). Susijungus 1 hormono molekulei, ląstelėje gali atsirasti (arba išnykti) 105–108 tam tikrų medžiagų ar jonų molekulės. Receptorių „perteklius“ užtikrina didelį jautrumą tarpląsteliniams reguliatoriams.

„užsiėmimo“ teorija: biologinis hormono poveikis proporcingas hormonų-receptorių komplekso koncentracijai: H+R ↔ HR → biologinis poveikis.

Kai pasiekiama pusiausvyra: Kc = / ([H][R]) arba HR = Kc ([H][R]), efektas = f (Kc ([H][R]))

Poveikis priklauso nuo: hormono giminingumo receptoriui, receptorių koncentracijos.

Receptoriaus giminingumo hormonui sumažėjimas, receptorių koncentracijos sumažėjimas – didesnės hormono koncentracijos.

Reakcijos greitį lemia laikas, kai hormonas prisijungia prie receptoriaus. Neurotransmiteriai turi mažą afinitetą: apie 10-3, jie greitai atsiskiria nuo receptoriaus, todėl norint atlikti signalą, reikia sukurti dideles vietines koncentracijas, kurios atsiranda sinapsėse. Intraląsteliniuose receptoriuose afinitetas ligandui yra didesnis – apie 10-9, surišta būsena trunka valandas ir dienas. Hormono giminingumas receptoriui lemia signalo trukmę.

Receptorių afiniteto hormonams pokyčiai: desensibilizacija, reguliavimo sumažėjimas. Esant per dideliam hormoniniam stimuliavimui, receptoriai endocituojasi ir suyra. Receptorių sankaupų susidarymas membranoje: koncentracija ir receptorių tankio sumažėjimas veikia ligandų surišimo kinetinius parametrus. (nevienodas lipidų pasiskirstymas membranoje, mikrovamzdeliai ir mikrofilamentai tam tikrose membranos vietose laiko membraninius baltymus). Sinapsė!!

Ypatingos morfologinės struktūros nefiksuotų receptorių koncentracija yra limfocituose ir asimetrinėse gleivinės ląstelėse. Per kelias minutes receptoriai susirenka į grupes įvairiose membranos dalyse ir suyra – greitai ir grįžtamai kontroliuojamas ląstelės jautrumas reguliatoriui.

Negrįžtamas receptorių molekulių inaktyvavimas: Ilgą laiką veikiant didelėms reguliatoriaus koncentracijoms, susidaro receptorių „dangteliai“, kuriuose receptoriai yra tarpusavyje sujungti dėl peptidinių ryšių (dalyvaujant transglutaminazei) susidarymo tarp vieno baltymo laisvųjų karboksilo grupių. o kitos laisvosios amino grupės. Užbaigus kryžminį ryšį, membrana įsiskverbia, išsitraukia, atsiranda citoplazmoje, susilieja su lizosomomis ir skaidoma proteazių. receptorių skaičius gali sumažėti 3-5 kartus. jautrumo atkūrimas pareikalaus daug laiko – sintezės ir įterpimo.

Esant kai kurioms patologinėms būsenoms, susidaro autoantikūnai, kurie, jungdamiesi prie receptorių, keičia savo giminingumą hormonams.

Afinitetas priklauso nuo jų sąveikos su tarpląsteliniais tiksliniais baltymais (G baltymais). G baltymo vaidmuo nuo hormono priklausomame adenilato ciklazės aktyvavime yra gerai žinomas. G baltymas ne tik perduoda signalą, bet ir veikia hormono prisijungimą prie receptoriaus.

Receptorių jautrumo hormonams reguliavimas: receptorių ir jų taikinių susitikimas ant membranos gali būti efektyvus tik tuo atveju, jei atitinkami kofaktoriai yra susieti su baltymais: receptoriaus atveju tai yra hormonas, o jungiantis G baltymas yra GTP arba BVP. Tik tokiu atveju susidaro funkciškai aktyvus receptoriaus kompleksas su baltymu, o po to baltymas su taikiniu (adenilato ciklazė). 2-kofaktorių surišimas veikia komponentų afinitetą vienas kitam: Ligandų surišimas padidina receptorių afinitetą aktyviems G baltymams. receptoriaus-G baltymo komplekso susidarymas lemia reikšmingą receptoriaus giminingumo hormonui padidėjimą. GTP prisijungus prie G baltymo, receptorių afinitetas hormonui tampa mažas.

9.Apibūdinti pagrindinius receptorių desensibilizacijos ir sumažėjusio reguliavimo procesų etapus.

1. Jungtis G+R

2. Fosforilinimas (receptoriaus ubikvitinilinimas/palmitilinimas

3. Desensibilizacija (beta-arrestinas)

4. Endocitozė (priklausoma nuo klatrino)

5. Reciklizacija (receptoriaus išėjimas į ląstelės paviršių) arba susiliejimas su lizosoma ir receptoriaus skilimas.

Desensibilizavimas ir sumažinimas yra būtini norint nutraukti perteklinį signalą ir užkirsti kelią pernelyg dideliam ląstelių atsakui.

1) greičiausias būdas „išjungti“ receptorių yra desensibilizacija, kurią sukelia citoplazminio domeno cheminis modifikavimas (fosforilinimas arba, rečiau, alkilinimas, prenilinimas, ubikvitinacija, metilinimas, ribozilinimas), dėl kurio sumažėja P afinitetas L.

Hormoniniam reguliavimui, kuris apima su G baltymu susietus receptorius, būdingas greitas tolerancijos vystymasis. Receptorius per kelias minutes prisijungia prie hormono. Signalas trunka minutes. Kuo ilgiau hormonas lieka ant receptoriaus, tuo didesnė tikimybė, kad receptorius fosforilins (daugiau nei 10 minučių) endogeninės proteinkinazės („nuo ligandų priklausomos kinazės“). G disociacija nuo receptoriaus – defosforilinimas ir receptorius atkurs normalų afinitetą. Jei hormoninis signalas į ląstelę patenka per keliasdešimt minučių, tada suaktyvėja desensibilizacija, kurioje dalyvauja GRK (g-prot. Receptor kinase), kuris papildomai fosforilina receptorių, stimuliuojamas antrojo pasiuntinio. Jei hormono daug, signalas išlieka ir tada, kai receptorius fosforilinamas.

Beta arrestinas yra pastolių baltymas, jis susilpnina/sustabdo pagrindinę signalizacijos kaskadą, bet tuo pačiu aktyvuojasi MAPK kinazė ar kt. Beta-arrestinas taip pat turi ubikvitino ligazės surišimo vietą, kuri prijungia ubikvitiną prie receptoriaus. Ubiquitinas gali skatinti baltymų sunaikinimą proteasomose arba, atvirkščiai, neleisti jam patekti į proteasomas (skirtingos ubikvitino prijungimo galimybės). Desensibilizacijos metu beta-arrestinas pritraukia klatriną, kuris patenka į receptorių kaupimosi zoną ir dengia vidinį membranos srities paviršių, tada atsiranda endocitozė (žemyninis reguliavimas). Šios sritys susitraukia ir susidaro klatrinu išklotos duobutės. Veikiant motoriniam baltymui dinaminui, jie išsiplėtę ir įsiskverbę į ląstelę sudaro klatrinu padengtas pūsleles. Šių pūslelių gyvavimo laikas yra labai trumpas: kai tik jos atsiskiria nuo membranos, klatrino apvalkalas atsiskiria ir suyra. (Yra ir nuo kaveolino priklausoma endocitozė, ji vyksta panašiai kaip ir priklausoma nuo klatrino. Jei membranos plaustai yra dideli ir standūs, prie jų prisitvirtina aktino citoskeletas, kuris jėga įtraukia didelius membranos fragmentus į ląstelę klatrinu/kaveolinu. -nepriklausomas dėl miozino variklių veikimo.)

Kartu su receptoriais jų ligandai taip pat gali būti endocituojami. Ateityje galimas receptorių perdirbimas (grąžinimas), kuris reikalauja ligandų atsiribojimo nuo receptorių ir cheminių modifikacijų pašalinimo. Negrįžtamas receptorių degradacija endosomų susiliejimo su lizosomomis metu.

Yra signalizacijos endosomos (signalosomos), kurios gali paleisti savo signalizacijos kaskadą, kurios yra pagrįstos endosominiais baltymais ir (fosfo)lipidais; jose yra visi pagrindiniai membraninių receptorių tipai, išskyrus kanalų receptorius.

Hidrofiliniai hormonai yra pagaminti iš aminorūgščių arba yra aminorūgščių dariniai. Dideliais kiekiais jie nusėda endokrininių liaukų ląstelėse ir prireikus patenka į kraują. Dauguma šių medžiagų pernešamos krauju, nedalyvaujant nešiotojams. Todėl hidrofiliniai hormonai negali prasiskverbti pro lipofilinės ląstelės membraną veiktiį tikslines ląsteles dėl prisijungimo prie plazmos membranos receptorių.

Receptoriai yra integralūs membranos baltymai, kurie suriša signalines medžiagas išorinėje membranos pusėje ir, keisdami erdvinę struktūrą, sukuria naują signalą vidinėje membranos pusėje.

Yra trijų tipų receptoriai:

1. 1 tipo receptoriai yra baltymai, turintys vieną transmembraninę grandinę. Šio allosterinio fermento (daugelis jų yra tirozino proteinkinazės) aktyvi vieta yra vidinėje membranos pusėje. Kai hormonas prisijungia prie receptoriaus, pastarasis dimerizuojamas kartu su receptoriumi aktyvuojant ir fosforilinant tiroziną. Signalą pernešantis baltymas jungiasi prie fosfotirozino ir perduoda signalą tarpląstelinėms proteinkinazėms.
2. Jonų kanalai. Tai membraniniai baltymai, kurie, prisijungę prie ligandų, yra atviri Na +, K + arba Cl + jonams. Taip veikia neurotransmiteriai.
3. 3 tipo receptoriai, yra susiję su GTP jungiančiais baltymais. Šių receptorių peptidinė grandinė apima septynias transmembranines grandines. Tokie receptoriai perduoda signalą efektoriniams baltymams naudodami GTP surišančius baltymus (G baltymus). Šių baltymų funkcija yra keisti koncentraciją antriniai pasiuntiniai(žr. žemiau).

Hidrofilinio hormono prisijungimas prie membranos receptoriaus sukelia vieną iš trijų tarpląstelinio atsako tipų: 1) receptorių tirozino kinazės aktyvina viduląstelines proteinkinazes, 2) aktyvuojant jonų kanalus keičiasi jonų koncentracija, 3) suaktyvinami receptoriai, susiję su GTP surišantys baltymai skatina medžiagų – tarpininkų, sintezę, antriniai pasiuntiniai. Visos trys hormoninių signalų perdavimo sistemos yra tarpusavyje susijusios.

Panagrinėkime signalo perdavimą G baltymais, nes šis procesas vaidina pagrindinį vaidmenį daugelio hormonų veikimo mechanizme. G baltymai perduoda signalą iš trečiojo tipo receptorių į efektorinius baltymus. Jie susideda iš trijų subvienetų: α, β ir g. α-subvienetas gali surišti guanino nukleotidus (GTP, GDP). Neaktyvioje būsenoje G baltymas yra prijungtas prie GDF. Kai hormonas jungiasi prie receptoriaus, pastarasis pakeičia savo konformaciją taip, kad galėtų prisijungti prie G baltymo. G baltymo ryšys su receptoriumi lemia BVP mainus už GTF. Šiuo atveju suaktyvinamas G-baltymas, jis atskiriamas nuo receptoriaus ir disocijuojasi į α-subvienetą ir β,g-kompleksą. GTP-α subvienetas jungiasi prie efektorinių baltymų ir keičia jų aktyvumą, todėl susidaro antrinių pasiuntinių (pasinešėjų) sintezė: cAMP, cGMP, diacilglicerolis (DAG), inozitolis-1,4,5-trifosfatas (I-3-P ) tt Lėtai surišto GTP hidrolizė į BVP perkelia α-subvienetą į neaktyvią būseną ir jis vėl susieja su β, g kompleksu, t.y. G baltymas grįžta į pradinę būseną.

Antriniai pasiuntiniai, arba pasiuntiniai, yra tarpląstelinės medžiagos, kurių koncentraciją griežtai kontroliuoja hormonai, neurotransmiteriai ir kiti tarpląsteliniai signalai. Svarbiausi antriniai pasiuntiniai yra cAMP, cGMP, diacilglicerolis (DAG), inozitolis-1,4,5-trifosfatas (I-3-P) ir azoto monoksidas.

cAMP veikimo mechanizmas. cAMP yra alosterinis proteinkinazės A (PK-A) ir jonų kanalų efektorius. Neaktyvioje būsenoje PC-A yra tetrameras, kurio du katalizinius subvienetus (K-subvienetus) slopina reguliavimo subvienetai (R-subvienetai). Kai cAMP jungiasi, R subvienetai atsiskiria nuo komplekso ir aktyvuojami K subvienetai.

Aktyvus fermentas gali fosforilinti specifines serino ir treonino liekanas daugiau nei 100 skirtingų baltymų ir transkripcijos faktorių. Dėl fosforilinimo pakinta šių baltymų funkcinis aktyvumas.

Jei viską surišame, gauname tokią adenilato ciklazės sistemos schemą:

Adenilato ciklazės sistemos aktyvacija trunka labai trumpai, nes G baltymas, prisijungęs prie adenilato ciklazės, pradeda rodyti GTPazės aktyvumą. Po GTP hidrolizės G baltymas atkuria savo konformaciją ir nustoja aktyvuoti adenilato ciklazę. Dėl to cAMP susidarymo reakcija sustoja.

Be adenilatciklazės sistemos dalyvių, kai kuriose tikslinėse ląstelėse yra su G baltymu susietų receptorių baltymų, kurie slopina adenilato ciklazę. Šiuo atveju GTP-G baltymų kompleksas slopina adenilato ciklazę.

Nustojus formuotis cAMP, fosforilinimo reakcijos ląstelėje nesibaigia iš karto: tol, kol egzistuos cAMP molekulės, tol tęsis proteinkinazių aktyvacijos procesas. Siekiant sustabdyti cAMP veikimą, ląstelėse yra specialus fermentas – fosfodiesterazė, kuri katalizuoja 3,5"-ciklo-AMP hidrolizės reakciją į AMP.

Kai kurios medžiagos, slopinančios fosfodiesterazę (pavyzdžiui, alkaloidai kofeinas, teofilinas), padeda palaikyti ir padidinti ciklo-AMP koncentraciją ląstelėje. Veikiant šioms medžiagoms organizme, pailgėja adenilato ciklazės sistemos aktyvavimo trukmė, tai yra, padidėja hormono poveikis.

Be adenilato ciklazės arba guanilato ciklazės sistemų, taip pat yra informacijos perdavimo tikslinėje ląstelėje mechanizmas, kuriame dalyvauja kalcio jonai ir inozitolio trifosfatas.

Inozitolio trifosfatas yra medžiaga, kuri yra sudėtingo lipido - inozitolio fosfatido darinys. Jis susidaro dėl specialaus fermento - fosfolipazės "C", kuris aktyvuojamas dėl konformacinių pokyčių membranos receptoriaus baltymo intraceluliniame domene, veikimo rezultatas.

Šis fermentas hidrolizuoja fosfatidilinozitolio 4,5-bisfosfato molekulėje esantį fosfoesterio ryšį, kad susidarytų diacilglicerolis ir inozitolio trifosfatas.

Yra žinoma, kad diacilglicerolio ir inozitolio trifosfato susidarymas padidina jonizuoto kalcio koncentraciją ląstelės viduje. Tai lemia daugelio nuo kalcio priklausomų baltymų aktyvavimą ląstelėje, įskaitant įvairių baltymų kinazių aktyvavimą. Ir čia, kaip ir su adenilato ciklazės sistemos aktyvavimu, vienas iš signalo perdavimo ląstelės viduje etapų yra baltymų fosforilinimas, dėl kurio atsiranda fiziologinė ląstelės reakcija į hormono veikimą.

Fosfoinozitido signalizacijos mechanizme tikslinėje ląstelėje dalyvauja specialus kalcį surišantis baltymas kalmodulinas. Tai mažos molekulinės masės baltymas (17 kDa), 30% sudarytas iš neigiamai įkrautų aminorūgščių (Glu, Asp) ir todėl galintis aktyviai surišti Ca +2. Viena kalmodulino molekulė turi 4 kalcio surišimo vietas. Po sąveikos su Ca +2 įvyksta konformaciniai kalmodulino molekulės pokyčiai ir kompleksas „Ca +2 -kalmodulinas“ tampa pajėgus reguliuoti daugelio fermentų – adenilato ciklazės, fosfodiesterazės, Ca +2, Mg + aktyvumą (allosteriškai slopinti arba aktyvuoti). 2 -ATPazė ir įvairios proteinkinazės.

Skirtingose ​​ląstelėse, kai kompleksas „Ca +2 -kalmodulinas“ veikia to paties fermento izofermentus (pavyzdžiui, skirtingų tipų adenilatciklazę), kai kuriais atvejais pastebimas aktyvavimas, o kitais – cAMP susidarymo reakcijos slopinimas. Pastebėjus. Šie skirtingi poveikiai atsiranda dėl to, kad izofermentų allosteriniuose centruose gali būti skirtingų aminorūgščių radikalų ir jų atsakas į Ca + 2 -kalmodulino komplekso veikimą bus skirtingas.

Taigi, „antrųjų pasiuntinių“ vaidmuo perduodant signalus iš hormonų tikslinėse ląstelėse gali būti:

Cikliniai nukleotidai (c-AMP ir c-GMP);

Ca jonai;

kompleksas „Ca-kalmodulinas“;

Diacilglicerolis;

Inozitolio trifosfatas

Informacijos perdavimo iš hormonų tikslinių ląstelių viduje mechanizmai naudojant išvardytus tarpininkus turi bendrų bruožų:

1. viena iš signalo perdavimo stadijų yra baltymų fosforilinimas;

2. aktyvacijos nutrūkimas įvyksta dėl specialių mechanizmų, inicijuotų pačių proceso dalyvių – yra neigiamo grįžtamojo ryšio mechanizmai.

Hormonai yra pagrindiniai humoraliniai fiziologinių organizmo funkcijų reguliatoriai, kurių savybės, biosintezės procesai ir veikimo mechanizmai dabar gerai žinomi.

Ryžiai. 3. Glikogeno skaidymo skatinimo didinant cAMP lygį schema

Citoskeleto signalai

cAMP reguliuojama fermentų sąveikos pakopinė schema atrodo sudėtinga, tačiau iš tikrųjų ji yra dar sudėtingesnė. Visų pirma, receptoriai, susiję su pirminiais pasiuntiniais, įtakoja adenilato ciklazės aktyvumą ne tiesiogiai, o per vadinamuosius G baltymus (4 pav.), veikiančius kontroliuojant guanino trifosforo rūgštį (GTP).

Kas nutinka, kai dėl kokių nors priežasčių sutrinka įprastas įvykių ryšys? Pavyzdys būtų cholera. Vibrio cholerae toksinas veikia GTP lygį ir veikia G baltymų aktyvumą. Dėl to cAMP lygis cholera sergančių pacientų žarnyno ląstelėse yra nuolat aukštas, todėl dideli natrio jonų ir vandens kiekiai iš ląstelių patenka į žarnyno spindį. To pasekmė – varginantis viduriavimas ir vandens netekimas iš organizmo.

Paprastai, veikiant fermentui fosfodiesterazei, cAMP ląstelėje greitai inaktyvuojamas, virsdamas necikliniu adenozino monofosfato AMP. Kitos ligos – kokliušo, kurią sukelia Bordetella pertussis bakterijos, eigą lydi toksino susidarymas, kuris slopina cAMP pavertimą AMP. Tai sukelia nemalonius ligos simptomus – gerklės paraudimą ir kosulį, sukeliantį vėmimą.

Fosfodiesterazės, paverčiančios cAMP į AMP, veiklai įtakos turi, pavyzdžiui, kofeinas ir teofilinas, sukeliantis kavos ir arbatos stimuliuojamąjį poveikį.

CAMP poveikio įvairovė ir jo koncentracijos ląstelėse reguliavimo būdai daro jį universaliu antruoju pasiuntiniu, kuris vaidina pagrindinį vaidmenį aktyvuojant įvairias proteinkinazes.

Skirtingose ​​ląstelėse cAMP gali sukelti visiškai skirtingus efektus. Šis junginys ne tik dalyvauja skaidant glikogeną ir riebalus, bet ir didina širdies ritmą, veikia raumenų atsipalaidavimą, kontroliuoja sekrecijos intensyvumą ir skysčių pasisavinimo greitį. Tai antrinis pasiuntinys visam eilės skirtingų hormonų: adrenalino, vazopresino, gliukagono, serotonino, prostaglandino, skydliaukę stimuliuojančio hormono; cAMP veikia griaučių raumenų, širdies raumens, lygiųjų raumenų, inkstų, kepenų ir trombocitų ląstelėse.

Kyla pagrįstas klausimas: kodėl skirtingos ląstelės skirtingai reaguoja į cAMP? Galima suformuluoti ir kitaip: kodėl skirtingose ​​ląstelėse padidėjus cAMP koncentracijai, aktyvuojamos skirtingos proteinkinazės, kurios fosforilina skirtingus baltymus? Šią situaciją galima iliustruoti tokia analogija. Įsivaizduokite, kad prie biuro durų nuolat artėja įvairūs lankytojai – ligandai ir pirminiai pasiuntiniai. Tuo pačiu metu jie skambina vienu varpeliu: pasigirsta signalas - antrinis pasiuntinys. Kaip įstaigos darbuotojai gali nustatyti, kas tiksliai atvyko į svečius ir kaip į šį lankytoją reaguoti?

Kalcio jonų paslaptis

Pirmiausia pasvarstykime, kas nutinka antruoju itin paplitusiu antriniu pasiuntiniu – kalciu, tiksliau, jo jonais. Jų pagrindinis vaidmuo daugelyje biologinių reakcijų pirmą kartą buvo įrodytas 1883 m., kai Sidney Ringeris pastebėjo, kad izoliuoti varlių raumenys nesusitraukia distiliuotame vandenyje. Kad raumuo susitrauktų reaguodamas į elektrinę stimuliaciją, jo aplinkoje turi būti kalcio jonų.

Dabar gerai žinoma pagrindinių įvykių, įvykusių skeleto raumenų susitraukimo metu, seka (5 pav.). Reaguojant į elektrinį impulsą, pasiekiantį raumenį palei nervinės ląstelės aksoną, raumenų ląstelės viduje atsiveria kalcio jonų rezervuarai – miofibrilės – membranos cisternos, kuriose kalcio jonų koncentracija gali būti tūkstantį ar daugiau kartų didesnė nei citoplazmą (6 pav.). Išsiskyręs kalcis jungiasi su baltymu troponinu C, kuris yra susijęs su aktino gijomis, išklojančiomis vidinį ląstelės paviršių. Troponinas (7 pav.) atlieka blokatoriaus vaidmenį, kuris neleidžia miozino gijų slysti išilgai aktino gijų. Dėl troponino pridėjus kalcio, blokas atsiskiria nuo gijos, miozinas slenka išilgai aktino, raumuo susitraukia (8 pav.). Kai tik susitraukimas baigiasi, specialūs baltymai - kalcio ATPazės - pumpuoja kalcio jonus atgal į tarpląstelinius rezervuarus.

Viduląstelinio kalcio koncentracijai įtakos turi ne tik nerviniai impulsai, bet ir kiti signalai. Pavyzdžiui, tai gali būti mums jau pažįstama cAMP. Reaguojant į adrenalino atsiradimą kraujyje ir atitinkamai padidėjusį cAMP koncentraciją širdies raumens ląstelėse, jose išsiskiria kalcio jonai, dėl kurių padažnėja širdies susitraukimų dažnis.

Medžiagos, turinčios įtakos kalciui, taip pat gali būti tiesiogiai ląstelės membranoje. Kaip žinoma, membraną sudaro fosfolipidai, tarp kurių vienas - fosfoinozitolis-4, 5-difosfatas - atlieka ypatingą vaidmenį. Be inozitolio, fosfoinozitolio-4, 5-difosfato molekulėje yra dvi ilgos angliavandenilių grandinės, susidedančios iš 20 ir 17 anglies atomų (9 pav.). Veikiant tam tikriems tarpląsteliniams signalams ir kontroliuojant skaitytojams jau pažįstamus G baltymus, jie atsiskiria, todėl susidaro dvi molekulės – diacilglicerolis ir inozitolio trifosfatas. Pastarasis dalyvauja tarpląstelinio kalcio išsiskyrime (10 pav.). Toks signalizavimas naudojamas, pavyzdžiui, apvaisintiems varlių kiaušiniams.

Pirmajam iš daugelio spermatozoidų prasiskverbus į apvaisinimui paruoštą kiaušinėlį, jo membranoje susidaro inozitolio trifosfatas. Dėl to kalcio jonai išsiskiria iš vidinių rezervuarų, o apvaisinto kiaušinėlio membrana akimirksniu išsipučia, nukirsdama kelią į kiaušialąstę mažiau pasisekusiems ar mažiau efektyviems spermatozoidams.

Kaip toks paprastas dalykas kaip kalcio jonas gali reguliuoti baltymų aktyvumą? Paaiškėjo, kad jis ląstelės viduje jungiasi su specialiu baltymu kalmodulinu (11 pav.). Šis gana didelis baltymas, susidedantis iš 148 aminorūgščių liekanų, kaip ir cAMP, buvo rastas beveik visose tirtose ląstelėse.

Trumpas aprašymas:

Mokomoji medžiaga apie biochemiją ir molekulinę biologiją: Biologinių membranų sandara ir funkcijos.

4 MODULIS: BIOLOGINIŲ MEMBRANŲ STRUKTŪRA IR FUNKCIJA

_Temos _

4.1. Bendrosios membranų charakteristikos. Membranų sandara ir sudėtis

4.2. Medžiagų pernešimas per membranas

4.3. Transmembraninis signalizavimas _

Mokymosi tikslai Gebėti:

1. Aiškinti membranų vaidmenį reguliuojant medžiagų apykaitą, medžiagų pernešimą į ląstelę ir metabolitų šalinimą.

2. Paaiškinkite hormonų ir kitų signalinių molekulių veikimo organus taikinius molekulinius mechanizmus.

Žinoti:

1. Biologinių membranų sandara ir jų vaidmuo medžiagų apykaitai ir energijai.

2. Pagrindiniai medžiagų pernešimo per membranas būdai.

3. Hormonų, mediatorių, citokinų, eikozanoidų transmembraninės signalizacijos pagrindiniai komponentai ir etapai.

TEMA 4.1. BENDROSIOS MEMBRANŲ CHARAKTERISTIKOS.

MEMBRANŲ STRUKTŪRA IR SUDĖTIS

Visos ląstelės ir tarpląstelinės organelės yra apsuptos membranomis, kurios atlieka svarbų vaidmenį jų struktūrinėje organizacijoje ir funkcionavime. Pagrindiniai visų membranų konstravimo principai yra vienodi. Tačiau plazminė membrana, taip pat endoplazminio tinklo, Golgi aparato, mitochondrijų ir branduolio membranos turi reikšmingų struktūrinių savybių, jos yra unikalios savo sudėtimi ir atliekamų funkcijų pobūdžiu.

Membranos:

Ląstelės atskiriamos nuo aplinkos ir suskirstomos į skyrius;

Reguliuoti medžiagų transportavimą į ląsteles ir organelius bei priešinga kryptimi;

Suteikti tarpląstelinių kontaktų specifiškumą;

Jie suvokia išorinės aplinkos signalus.

Koordinuotas membraninių sistemų, įskaitant receptorius, fermentus ir transportavimo sistemas, veikimas padeda palaikyti ląstelių homeostazę ir greitai reaguoti į išorinės aplinkos būklės pokyčius reguliuojant medžiagų apykaitą ląstelėse.

Biologinės membranos yra sudarytos iš lipidų ir baltymų, sujungtų vienas su kitu nekovalentinis sąveikos. Membranos pagrindas yra lipidų dvigubas sluoksnis, kuri apima baltymų molekules (4.1 pav.). Lipidų dvisluoksnį sudaro dvi eilės amfifilinis molekulės, kurių hidrofobinės "uodegos" yra paslėptos viduje, o hidrofilinės grupės - polinės "galvos" - yra nukreiptos į išorę ir liečiasi su vandenine aplinka.

1. Membraniniai lipidai. Membraniniuose lipiduose yra ir sočiųjų, ir nesočiųjų riebalų rūgščių. Nesočiųjų riebalų rūgščių randama dvigubai dažniau nei sočiųjų riebalų rūgščių, o tai lemia sklandumas membranos ir membranos baltymų konformacinis labilumas.

Membranose yra trys pagrindiniai lipidų tipai – fosfolipidai, glikolipidai ir cholesterolis (4.2 – 4.4 pav.). Dažniausias glicerofosfolipidai yra fosfatido rūgšties dariniai.

Ryžiai. 4.1. Plazminės membranos skerspjūvis

Ryžiai. 4.2. Glicerofosfolipidai.

Fosfatido rūgštis yra diacilglicerolio fosfatas. R1, R2 - riebalų rūgščių radikalai (hidrofobinės „uodegos“). Polinesočiųjų riebalų rūgščių liekana yra susijusi su antruoju glicerolio anglies atomu. Polinė „galva“ yra fosforo rūgšties liekana ir prie jos prijungta hidrofilinė serino, cholino, etanolamino arba inozitolio grupė.

Taip pat yra lipidų darinių amino alkoholis sfingozinas.

Amino alkoholis sfingozinas acilinant, t.y. į NH 2 grupę pridėjus riebalų rūgšties, virsta keramidu. Keramidai skiriasi savo riebalų rūgščių likučiais. Įvairios polinės grupės gali būti siejamos su keramido OH grupe. Priklausomai nuo polinės „galvos“ struktūros, šie dariniai skirstomi į dvi grupes – fosfolipidus ir glikolipidus. Sfingofosfolipidų (sfingomielinų) polinės grupės struktūra panaši į glicerofosfolipidus. Daug sfingomielinų yra nervų skaidulų mielino apvalkaluose. Glikolipidai yra keramido angliavandenių dariniai. Atsižvelgiant į angliavandenių komponento struktūrą, išskiriami cerebrozidai ir gangliozidai.

Cholesterolis randamas visų gyvūnų ląstelių membranose, suteikia membranoms standumo ir mažina jų sklandumas(skystumas). Cholesterolio molekulė yra hidrofobinėje membranos zonoje, lygiagrečiai su hidrofobinėmis fosfo- ir glikolipidų molekulių „uodegomis“. Cholesterolio hidroksilo grupė, kaip ir hidrofilinės fosfo- ir glikolipidų „galvutės“,

Ryžiai. 4.3. Amino alkoholio sfingozino dariniai.

Keramidas yra acilintas sfingozinas (R1 – riebalų rūgščių radikalas). Fosfolipidai apima sfingomielinus, kurių polinę grupę sudaro fosforo rūgšties liekanos ir cholinas, etanolaminas arba serinas. Hidrofilinė glikolipidų grupė (poliarinė „galva“) yra angliavandenių liekana. Cerebroziduose yra linijinės struktūros monosacharido arba oligosacharido liekanos. Į gangliozidų sudėtį įeina šakotas oligosacharidas, kurio vienas iš monomerų yra NANK – N-acetilneuramino rūgštis.

susiduria su vandenine faze. Cholesterolio ir kitų lipidų molinis santykis membranose yra 0,3-0,9. Ši vertė turi didžiausią citoplazminės membranos vertę.

Padidėjęs cholesterolio kiekis membranose sumažina riebalų rūgščių grandinių mobilumą, o tai turi įtakos membranos baltymų konformaciniam labilumui ir sumažina jų atsiradimo galimybę. šoninė difuzija. Didėjant membranų sklandumui, kurį sukelia lipofilinių medžiagų poveikis jas arba lipidų peroksidacija, padidėja cholesterolio dalis membranose.

Ryžiai. 4.4. Fosfolipidų ir cholesterolio padėtis membranoje.

Cholesterolio molekulė susideda iš standžios hidrofobinės šerdies ir lanksčios angliavandenilių grandinės. Polinė „galva“ yra OH grupė, esanti 3-iame cholesterolio molekulės anglies atome. Palyginimui paveiksle parodytas scheminis membranos fosfolipido vaizdas. Šių molekulių poliarinė galvutė yra daug didesnė ir turi krūvį

Membranų lipidų sudėtis yra skirtinga, vieno ar kito lipido kiekį, matyt, lemia šių molekulių membranose atliekamų funkcijų įvairovė.

Pagrindinės membraninių lipidų funkcijos yra šios:

Susidaro lipidinis dvisluoksnis - struktūrinis membranų pagrindas;

Užtikrinti aplinką, reikalingą membraninių baltymų funkcionavimui;

Dalyvauti fermentų veiklos reguliavime;

Tarnauti kaip "inkaras" paviršiaus baltymams;

Dalyvaukite perduodant hormoninius signalus.

Lipidų dvigubo sluoksnio struktūros pokyčiai gali sukelti membranos funkcijų sutrikimą.

2. Membraniniai baltymai. Membraniniai baltymai skiriasi savo padėtimi membranoje (4.5 pav.). Membraniniai baltymai, besiliečiantys su hidrofobine lipidinio dvisluoksnio sritimi, turi būti amfifiliniai, t.y. turi nepolinį domeną. Amfifiliškumas pasiekiamas dėl to, kad:

Aminorūgščių liekanos, besiliečiančios su lipidų dvisluoksniu sluoksniu, paprastai yra nepolinės;

Daugelis membraninių baltymų yra kovalentiškai susieti su riebalų rūgščių likučiais (acilinti).

Riebalų rūgščių acilo liekanos, prijungtos prie baltymo, užtikrina jo „įtvirtinimą“ membranoje ir šoninės difuzijos galimybę. Be to, membraniniai baltymai patiria potransliacinių modifikacijų, tokių kaip glikozilinimas ir fosforilinimas. Integruotų baltymų išorinio paviršiaus glikozilinimas apsaugo juos nuo proteazių pažeidimo tarpląstelinėje erdvėje.

Ryžiai. 4.5. Membraniniai baltymai:

1, 2 - integraliniai (transmembraniniai) baltymai; 3, 4, 5, 6 - paviršiaus baltymai. Integraliuose baltymuose dalis polipeptidinės grandinės yra panardinta į lipidų sluoksnį. Tose baltymų dalyse, kurios sąveikauja su riebalų rūgščių angliavandenilių grandinėmis, daugiausia yra nepolinių aminorūgščių. Baltymų sritys, esančios poliarinių „galvų“ srityje, yra praturtintos hidrofilinėmis aminorūgščių liekanomis. Paviršiaus baltymai prie membranos prisitvirtina įvairiais būdais: 3 – susieti su vientisais baltymais; 4 - pritvirtintas prie lipidų sluoksnio polinių „galvų“; 5 - „įtvirtintas“ membranoje naudojant trumpą hidrofobinį galinį domeną; 6 - „įtvirtintas“ membranoje naudojant kovalentiškai surištą acilo liekaną

Išorinis ir vidinis tos pačios membranos sluoksniai skiriasi lipidų ir baltymų sudėtimi. Ši membranų struktūros savybė vadinama transmembraninė asimetrija.

Membraniniai baltymai gali būti susiję su:

Atrankinis medžiagų pernešimas į ląstelę ir iš jos;

Hormoninių signalų perdavimas;

„Apribotų duobių“, susijusių su endocitoze ir egzocitoze, susidarymas;

Imunologinės reakcijos;

Fermentų kokybė transformuojant medžiagas;

Tarpląstelinių kontaktų, užtikrinančių audinių ir organų formavimąsi, organizavimas.

TEMA 4.2. MEDŽIAGŲ VEŽIMAS PER MEMBRANAS

Viena iš pagrindinių membranų funkcijų – medžiagų patekimo į ląstelę ir iš jos reguliavimas, ląstelei reikalingų medžiagų sulaikymas ir nereikalingų pašalinimas. Jonų ir organinių molekulių pernešimas per membranas gali vykti koncentracijos gradientu - pasyvus transportas ir prieš koncentracijos gradientą - aktyvus transportas.

1. Pasyvus transportas galima atlikti šiais būdais (4.6, 4.7 pav.):

Ryžiai. 4.6. Medžiagų pernešimo per membranas pagal koncentracijos gradientą mechanizmai

Pasyvus transportas apima jonų difuzija baltymų kanalais, pavyzdžiui, H+, Ca 2+, N+, K+ difuzija. Daugumos kanalų veikimą reguliuoja specifiniai ligandai arba transmembraninio potencialo pokyčiai.

Ryžiai. 4.7. Endoplazminio tinklo membranos Ca 2 + kanalas, reguliuojamas inozitolio 1,4,5-trifosfato (IF 3).

IP 3 (inozitolio-1,4,5-trifosfatas) susidaro hidrolizės metu membranos lipidui IF 2 (fosfatidilinozitolio-4,5-bisfosfatui), veikiant fermentui fosfolipazei C. IP 3 jungiasi prie specifinių membranos centrų. endoplazminės tinklinės membranos Ca 2 + kanalo protomerai. Pasikeičia baltymo konformacija ir atsidaro kanalas – Ca 2+ patenka į ląstelės citozolį pagal koncentracijos gradientą

2. Aktyvus transportas. Pirminis aktyvus transportavimas vyksta prieš koncentracijos gradientą su ATP energijos sąnaudomis dalyvaujant transportinėms ATPazėms, pvz., Na+, K+-ATPazė, H+-ATPazė, Ca 2 +-ATPazė (4.8 pav.). H + -ATPazės veikia kaip protonų siurbliai, kurių pagalba ląstelių lizosomose sukuriama rūgštinė aplinka. Citoplazminės membranos ir endoplazminio tinklo membranos Ca 2+ -ATPazės pagalba ląstelės citozolyje palaikoma maža kalcio koncentracija, o mitochondrijose ir endoplazminiame tinkle sukuriamas intracelulinis Ca 2+ depas.

Antrinis aktyvus transportavimas vyksta dėl vienos iš pernešamų medžiagų koncentracijos gradiento (4.9 pav.), kurį dažniausiai sukuria Na+, K+-ATPazė, funkcionuojanti su ATP vartojimu.

Medžiagos, kurios koncentracija yra didesnė, pridėjimas prie aktyviojo baltymo nešiklio centro keičia jo konformaciją ir padidina afinitetą junginiui, kuris patenka į ląstelę prieš koncentracijos gradientą. Antrinis aktyvus transportas yra dviejų tipų: aktyvus simportas Ir antiportas.

Ryžiai. 4.8. Ca 2 + ATPazės veikimo mechanizmas

Ryžiai. 4.9. Antrinis aktyvus transportas

3. Makromolekulių ir dalelių perkėlimas dalyvaujant membranoms – endocitozė ir egzocitozė.

Makromolekulės, tokios kaip baltymai, nukleino rūgštys, polisacharidai ar net didesnės dalelės, pernešamos iš ekstraląstelinės aplinkos į ląstelę endocitozė. Medžiagų ar didelės molekulinės masės kompleksų surišimas vyksta tam tikrose plazminės membranos vietose, kurios vadinamos ribojasi duobėmis. Endocitozė, kuri vyksta dalyvaujant receptoriams, įmontuotiems į ribines duobes, leidžia ląstelėms absorbuoti specifines medžiagas ir yra vadinama nuo receptorių priklausoma endocitozė.

Makromolekulės, tokios kaip peptidiniai hormonai, virškinimo fermentai, ekstraląstelinės matricos baltymai, lipoproteinų kompleksai, išskiriamos į kraują arba tarpląstelinę erdvę. egzocitozė.Šis transportavimo būdas leidžia iš ląstelės pašalinti medžiagas, kurios kaupiasi sekrecinėse granulėse. Daugeliu atvejų egzocitozė reguliuojama keičiant kalcio jonų koncentraciją ląstelių citoplazmoje.

TEMA 4.3. TRANSMEMBRANINIS SIGNALO PERDAVIMAS

Svarbi membranų savybė yra gebėjimas suvokti ir perduoti signalus iš aplinkos į ląstelę. Ląstelės suvokia išorinius signalus, kai sąveikauja su receptoriais, esančiais tikslinių ląstelių membranoje. Receptoriai, prijungdami signalinę molekulę, suaktyvina viduląstelinius informacijos perdavimo kelius, todėl keičiasi įvairių medžiagų apykaitos procesų greitis.

1. Signalo molekulė, specifiškai sąveikaujantis su membraniniu receptoriumi vadinamas pirminis pasiuntinys.Įvairūs cheminiai junginiai veikia kaip pirminiai pasiuntiniai – hormonai, neurotransmiteriai, eikozanoidai, augimo faktoriai arba fiziniai veiksniai, tokie kaip šviesos kvantai. Ląstelių membranos receptoriai, aktyvuojami pirminių pasiuntinių, perduoda gautą informaciją į susiformuojančių baltymų ir fermentų sistemą. signalo perdavimo kaskada, suteikiantis kelių šimtų kartų signalo stiprinimą. Ląstelių atsako laikas, kurį sudaro medžiagų apykaitos procesų aktyvinimas arba inaktyvavimas, raumenų susitraukimas ir medžiagų transportavimas iš tikslinių ląstelių, gali būti kelios minutės.

Membrana receptoriai skirstomi į:

Receptoriai, turintys pirminį pasiuntinio surišimo subvienetą ir jonų kanalą;

Receptoriai, galintys parodyti katalizinį aktyvumą;

Receptoriai, kurie su G-baltymų pagalba aktyvina antrinių (tarpląstelinių) pasiuntinių, perduodančių signalą specifiniams citozolio baltymams ir fermentams, susidarymą (4.10 pav.).

Antriniai pasiuntiniai turi mažą molekulinę masę, dideliu greičiu difunduoja ląstelės citozolyje, keičia atitinkamų baltymų aktyvumą, o vėliau greitai suskaidomi arba pašalinami iš citozolio.

Ryžiai. 4.10. Receptoriai lokalizuoti membranoje.

Membraninius receptorius galima suskirstyti į tris grupes. Receptoriai: 1 - turintis subvienetą, jungiantį signalinę molekulę ir jonų kanalą, pavyzdžiui, acetilcholino receptorių ant postsinapsinės membranos; 2 - katalizinis aktyvumas po signalinės molekulės, pavyzdžiui, insulino receptoriaus, prijungimo; 3, 4 - signalo perdavimas fermentui adenilato ciklazei (AC) arba fosfolipazei C (PLC), dalyvaujant membranos G baltymams, pavyzdžiui, įvairių tipų adrenalino, acetilcholino ir kitų signalinių molekulių receptoriams.

Vaidmuo antriniai pasiuntiniai Molekulės ir jonai atlieka:

CAMP (ciklinis adenozino-3",5"-monofosfatas);

CGMP (ciklinis guanozino-3",5"-monofosfatas);

IP 3 (inozitolio 1,4,5-trifosfatas);

DAG (diacilglicerolis);

Yra hormonų (steroidų ir skydliaukės), kurie, eidami per lipidų dvisluoksnį, prasiskverbti į ląstelę ir bendrauti su intraląsteliniai receptoriai. Fiziologiškai svarbus skirtumas tarp membraninių ir tarpląstelinių receptorių yra reakcijos į gaunamą signalą greitis. Pirmuoju atveju poveikis bus greitas ir trumpalaikis, antruoju – lėtas, bet ilgalaikis.

Su G baltymu susieti receptoriai

Dėl hormonų sąveikos su G-baltymu susietais receptoriais suaktyvėja inozitolio fosfato signalo perdavimo sistema arba pasikeičia adenilato ciklazės reguliavimo sistemos aktyvumas.

2. Adenilato ciklazės sistema apima (4.11 pav.):

- integralas citoplazminės membranos baltymai:

Rs – pirminio pasiuntinio receptorius – adenilato ciklazės sistemos (ACS) aktyvatorius;

R; - pirminis pasiuntinio receptorius - ACS inhibitorius;

Fermento adenilato ciklazė (AC).

- "inkaruotas" baltymai:

G s yra GTP surišantis baltymas, susidedantis iš α, βγ subvienetų, kuriuose (α, subvienetas yra susijęs su BVP molekule;

Ryžiai. 4.11. Adenilato ciklazės sistemos veikimas

G ; - GTP surišantis baltymas, susidedantis iš αβγ-subvienetų, kuriuose a; -subvienetas yra susijęs su BVP molekule; - citozolinis fermentas proteinkinazė A (PKA).

Pirminio pasiuntinio signalizacijos įvykių seka naudojant adenilato ciklazės sistemą

Receptorius turi prisijungimo vietas prie pirminio pasiuntinio išoriniame membranos paviršiuje ir G baltymo (α, βγ-GDP) vidiniame membranos paviršiuje. Adenilato ciklazės sistemos aktyvatoriaus, pavyzdžiui, hormono, sąveika su receptoriumi (R s) lemia receptoriaus konformacijos pokyčius. Padidėja receptoriaus giminingumas G. baltymui. Hormonų-receptorių komplekso prijungimas prie GS-GDP sumažina G.. baltymo α,-subvieneto afinitetą BVP ir padidina giminingumą GTP. Aktyviajame α,-subvieneto centre BVP pakeičiamas GTP. Dėl to pasikeičia α subvieneto konformacija ir sumažėja jo afinitetas βγ subvienetams. Atskirtas α,-GTP subvienetas juda į šoną membranos lipidiniame sluoksnyje fermento link. adenilato ciklazė.

α,-GTP sąveika su adenilato ciklazės reguliavimo centru keičia fermento konformaciją, sukelia jo aktyvavimą ir padidina antrinio pasiuntinio - ciklinio adenozino-3,5"-monofosfato (cAMP) susidarymo greitį. iš ATP. CAMP koncentracija ląstelėje didėja. cAMP molekulės gali grįžtamai prisijungti prie baltymų kinazės A (PKA), susidedančios iš dviejų reguliavimo (R) ir dviejų katalizinių (C) subvienetų (R 2 C 2), reguliuojamųjų subvienetų. R 2 C 2 kompleksas neturi fermentinio aktyvumo. CAMP prijungimas prie reguliavimo subvienetų sukelia jų konformacijos pasikeitimą ir komplementarumo su C-subvienetais praradimą. Kataliziniai subvienetai įgyja fermentinį aktyvumą.

Aktyvi baltymų kinazė A, padedama ATP, fosforilina specifinius baltymus serino ir treonino liekanose. Baltymų ir fermentų fosforilinimas padidina arba sumažina jų aktyvumą, todėl keičiasi medžiagų apykaitos procesų, kuriuose jie dalyvauja, greitis.

R receptorių signalinės molekulės aktyvinimas skatina Gj baltymo funkcionavimą, kuris vyksta pagal tas pačias taisykles kaip ir G baltymui. Tačiau kai α i -GTP subvienetas sąveikauja su adenilato ciklaze, fermento aktyvumas mažėja.

Adenilato ciklazės ir proteinkinazės A inaktyvavimas

α,-subvienetas komplekse su GTP, sąveikaudamas su adenilato ciklaze, pradeda rodyti fermentinį (GTP-fosfatazės) aktyvumą, hidrolizuoja GTP. Gauta BVP molekulė lieka aktyviame α-subvieneto centre, keičia jo konformaciją ir sumažina afinitetą kintamajai srovei. AC ir α,-BVP kompleksas disocijuoja, α,-BVP yra įtrauktas į G.. baltymą. α,-BVP atskyrimas nuo adenilato ciklazės inaktyvuoja fermentą ir cAMP sintezė sustoja.

Fosfodiesterazė- citoplazminės membranos „įtvirtintas“ fermentas hidrolizuoja anksčiau susidariusias cAMP molekules į AMP. CAMP koncentracijos sumažėjimas ląstelėje sukelia cAMP 4 K "2 komplekso skilimą ir padidina R- ir C-subvienetų afinitetą, susidaro neaktyvi PKA forma.

Fosforilinti fermentai ir baltymai veikiami fosfoproteinų fosfatazės pereina į defosforilintą formą, keičiasi jų konformacija, aktyvumas ir procesų, kuriuose dalyvauja šie fermentai, greitis. Dėl to sistema grįžta į pradinę būseną ir yra pasirengusi vėl aktyvuotis, kai hormonas sąveikauja su receptoriumi. Taip užtikrinama, kad hormono kiekis kraujyje atitiktų tikslinių ląstelių reakcijos intensyvumą.

3. Adenilato ciklazės sistemos dalyvavimas genų ekspresijos reguliavime. Daugelis baltymų hormonų: gliukagonas, vazopresinas, prieskydinės liaukos hormonas ir kt., perduodantys savo signalą per adenilato ciklazės sistemą, gali ne tik sukelti reakcijų greičio pokyčius fosforilinant jau ląstelėje esančius fermentus, bet ir padidinti arba sumažinti jų skaičių. , reguliuojančių genų ekspresiją (4.12 pav.). Aktyvi baltymų kinazė A gali patekti į branduolį ir fosforilinti transkripcijos faktorių (CREB). Fosforo jungtis

Ryžiai. 4.12. Adenilato ciklazės kelias, vedantis į specifinių genų ekspresiją

liekana padidina transkripcijos faktoriaus (CREB-(P) afinitetą specifinei DNR reguliavimo zonos sekai-CRE (cAMP-response element) ir stimuliuoja tam tikrų baltymų genų ekspresiją.

Sintetinami baltymai gali būti fermentai, kurių skaičiaus padidėjimas padidina medžiagų apykaitos procesų reakcijų greitį, arba membranų pernešėjai, užtikrinantys tam tikrų jonų, vandens ar kitų medžiagų patekimą iš ląstelės arba iš jos išėjimą.

Ryžiai. 4.13. Inozitolio fosfato sistema

Sistemos veikimą užtikrina baltymai: kalmodulinas, fermentas proteinkinazė C, nuo Ca 2 + -kalmodulino priklausomos proteinkinazės, Ca 2 + reguliuojami endoplazminio tinklo membranos kanalai, ląstelių ir mitochondrijų membranų Ca 2 + -ATPazės. .

Pirminio pasiuntinio signalizacijos per inozitolio fosfato sistemą įvykių seka

Inozitolio fosfato sistemos aktyvatoriaus prisijungimas prie receptoriaus (R) lemia jo konformacijos pokyčius. Padidėja receptoriaus afinitetas GF lc baltymui. Pirminio pasiuntinio-receptoriaus komplekso prijungimas prie Gf ls-BVP sumažina af l-subvieneto afinitetą BVP ir padidina giminingumą GTP. Aktyviame aphl subvieneto centre BVP pakeičiamas GTP. Dėl to pasikeičia af ls subvieneto konformacija ir sumažėja afinitetas βγ subvienetams, įvyksta Gf ls baltymo disociacija. Atskirtas aph ls-GTP subvienetas juda į šoną išilgai membranos iki fermento fosfolipazė C.

Ahls-GTP sąveika su fosfolipazės C surišimo centru keičia fermento konformaciją ir aktyvumą, didėja ląstelės membranos fosfolipido – fosfatidilinozitolio-4,5-bisfosfato (FIF 2) hidrolizės greitis (4.14 pav.). ).

Ryžiai. 4.14. Fosfatidilinozitolio 4,5-bisfosfato (PIF 2) hidrolizė

Reakcijos metu susidaro du produktai – antriniai hormoninio signalo pasiuntiniai (antrieji pasiuntiniai): diacilglicerolis, kuris lieka membranoje ir dalyvauja fermento proteinkinazės C aktyvavime, ir inozitolis-1,4,5-trifosfatas. (IP 3), kuris, būdamas hidrofilinis junginys, patenka į citozolį. Taigi ląstelės receptorių gaunamas signalas yra dvišakis. IP 3 jungiasi prie specifinių endoplazminio tinklo (E) membranos Ca 2+ kanalo centrų, todėl pasikeičia baltymo konformacija ir atsidaro Ca 2+ kanalas. Kadangi kalcio koncentracija ER yra maždaug 3-4 eilėmis didesnė nei citozolyje, atsivėrus kanalui Ca 2+ patenka į citozolį pagal koncentracijos gradientą. Jei citozolyje nėra IP 3, kanalas uždaromas.

Visų ląstelių citozolyje yra nedidelis baltymas kalmodulinas, turintis keturias Ca 2+ surišimo vietas. Didėjant koncentracijai

kalcio, jis aktyviai jungiasi su kalmodulinu, sudarydamas 4Ca 2+ -kalmodulino kompleksą. Šis kompleksas sąveikauja su nuo Ca 2+ -kalmodulino priklausomomis proteinkinazėmis ir kitais fermentais bei padidina jų aktyvumą. Aktyvuota Ca 2 + -kalmodulino priklausoma proteinkinazė fosforilina tam tikrus baltymus ir fermentus, todėl keičiasi jų aktyvumas ir medžiagų apykaitos procesų, kuriuose jie dalyvauja, greitis.

Padidėjus Ca 2+ koncentracijai ląstelės citozolyje, padidėja Ca 2+ sąveikos su neaktyviu citozoliniu fermentu greitis. proteinkinazė C (PKC). PKC prisijungimas prie kalcio jonų skatina baltymo judėjimą į plazmos membraną ir leidžia fermentui sąveikauti su neigiamą krūvį turinčiomis fosfatidilserino (PS) molekulių „galvomis“ membranoje. Diacilglicerolis, užimantis specifines baltymų kinazės C vietas, dar labiau padidina jo afinitetą kalcio jonams. Vidinėje membranos pusėje susidaro aktyvi PKS forma (PKS? Ca 2 + ? PS? DAG), kuri fosforilina specifinius fermentus.

IF sistemos aktyvacija trunka neilgai, o ląstelei sureagavus į dirgiklį, inaktyvuojama fosfolipazė C, proteinkinazė C ir nuo Ca 2 + kalmodulino priklausomi fermentai. af ls -subvienetas komplekse su GTP ir fosfolipaze C pasižymi fermentiniu (GTP-fosfatazės) aktyvumu, hidrolizuoja GTP. Su BVP susijungęs apl-subvienetas praranda afinitetą fosfolipazei C ir grįžta į pradinę neaktyvią būseną, t.y. yra įtrauktas į αβγ-BVP kompleksą (Gf lc-baltymas).

Apls-BVP atskyrimas nuo fosfolipazės C inaktyvuoja fermentą ir sustoja PIF 2 hidrolizė. Padidėjus Ca 2+ koncentracijai citozolyje, suaktyvėja endoplazminio tinklo, citoplazminės membranos, Ca 2+ -ATPazės, kurios „išsiurbia“ Ca 2+ iš ląstelės citozolio. Šiame procese taip pat dalyvauja aktyvaus antiporto principu veikiantys Na+/Ca 2+ ir H+/Ca 2+ nešikliai. Sumažėjus Ca 2+ koncentracijai, atsiranda nuo Ca 2+ -kalmodulino priklausomų fermentų disociacijos ir inaktyvavimo, taip pat prarandamas proteinkinazės C afinitetas membranos lipidams ir sumažėja jos aktyvumas.

IP 3 ir DAG, susidarę dėl sistemos aktyvavimo, vėl gali sąveikauti vienas su kitu ir virsti fosfatidilinozitolio 4,5-bisfosfatu.

Fosforilinti fermentai ir baltymai, veikiami fosfoproteinfosfatazės, virsta defosforilinta forma, kinta jų konformacija ir aktyvumas.

5. Kataliziniai receptoriai. Kataliziniai receptoriai yra fermentai. Šių fermentų aktyvatoriai gali būti hormonai, augimo faktoriai ir citokinai. Aktyvioje formoje fermentų receptoriai fosforilina specifinius baltymus tirozino -OH grupėse, todėl jie vadinami tirozino proteinkinazėmis (4.15 pav.). Dalyvaujant specialiems mechanizmams, katalizinio receptoriaus gaunamas signalas gali būti perduotas į branduolį, kur stimuliuoja arba slopina tam tikrų genų raišką.

Ryžiai. 4.15. Insulino receptorių aktyvinimas.

Fosfoproteinų fosfatazė defosforilina specifinius fosfoproteinus.

Fosfodiesterazė paverčia cAMP į AMP, o cGMP – į GMP.

GLUT 4 – gliukozės transporteriai nuo insulino priklausomuose audiniuose.

Tirozino baltymo fosfatazė defosforilina receptorių β subvienetus

insulino

Katalizinio receptoriaus pavyzdys yra insulino receptorius kuri susideda iš dviejų a ir dviejų beta subvienetų. α-subvienetai yra išoriniame ląstelės membranos paviršiuje, β-subvienetai prasiskverbia pro membranos dvisluoksnį. Insulino surišimo vietą sudaro α subvienetų N-galiniai domenai. Receptoriaus katalizinis centras yra tarpląsteliniuose β-subvienetų domenuose. Citozolinė receptoriaus dalis turi keletą tirozino liekanų, kurios gali būti fosforilintos ir defosforilintos.

Insulino prijungimas prie surišimo centro, kurį sudaro α-subvienetai, sukelia kooperacinius konformacinius receptorių pokyčius. β-subvienetai pasižymi tirozino kinazės aktyvumu ir katalizuoja transautofosforilinimą (pirmasis β-subvienetas fosforilina antrąjį β-subvienetą ir atvirkščiai) keliose tirozino liekanose. Fosforilinimas lemia fermento (Tyr-PK) krūvio, konformacijos ir substrato specifiškumo pokyčius. Tirozinas-PK fosforilina tam tikrus ląstelių baltymus, kurie vadinami insulino receptorių substratais. Savo ruožtu šie baltymai dalyvauja fosforilinimo reakcijų kaskados aktyvavime:

fosfoproteinų fosfatazės(PPF), kuris defosforilina specifinius fosfoproteinus;

fosfodiesterazė, kuris paverčia cAMP į AMP ir cGMP į GMP;

GLUT 4- gliukozės pernešėjai nuo insulino priklausomuose audiniuose, todėl padidėja gliukozės tiekimas į raumenų ląsteles ir riebalinį audinį;

tirozino baltymo fosfatazė, kuris defosforilina insulino receptoriaus β-subvienetus;

branduolinius reguliuojančius baltymus, transkripcijos faktorius, didinant arba sumažinant tam tikrų fermentų genų ekspresiją.

Poveikio įgyvendinimas augimo faktoriai gali būti atliekami naudojant katalizinius receptorius, kurie susideda iš vienos polipeptidinės grandinės, tačiau prisijungus pirminiam pasiuntiniui jie sudaro dimerus. Visi šio tipo receptoriai turi ekstraląstelinį glikozilintą domeną, transmembraninį (a-spiralę) ir citoplazminį domeną, kurie aktyvuoti gali rodyti proteinkinazės aktyvumą.

Dimerizacija skatina jų katalizinių tarpląstelinių domenų aktyvavimą, kurie atlieka transautofosforilinimą serino, treonino ar tirozino aminorūgščių liekanose. Fosforo likučių prijungimas lemia specifinių citozolinių baltymų jungimosi centrų susidarymą prie receptoriaus ir baltymų kinazės signalo perdavimo kaskados aktyvavimą (4.16 pav.).

Pirminių pasiuntinių (augimo faktorių) signalo perdavimo, dalyvaujant Ras ir Raf baltymams, įvykių seka.

Receptoriaus (R) prisijungimas prie augimo faktoriaus (GF) sukelia jo dimerizaciją ir transautofosforilinimą. Fosforilintas receptorius įgyja afinitetą Grb2 baltymui. Susidaręs kompleksas FR*R*Grb2 sąveikauja su citozoliniu baltymu SOS. SOS konformacijos pasikeitimas

užtikrina jo sąveiką su įtvirtintu membranos baltymu Ras-GDP. FR?R?Ggb2?SOS?Ras-GDP komplekso susidarymas sumažina Ras baltymo afinitetą BVP ir padidina afinitetą GTP.

BVP pakeitimas GTP pakeičia Ras baltymo konformaciją, kuris atsiskiria nuo komplekso ir sąveikauja su Raf baltymu artimoje membraninėje srityje. Ras-GTP?Raf kompleksas pasižymi proteinkinazės aktyvumu ir fosforilina MEK kinazės fermentą. Savo ruožtu aktyvuota MEK kinazė fosforilina MAP kinazę ties treoninu ir tirozinu.

4.16 pav. MAP kinazės kaskada.

Šio tipo receptoriai randami epidermio augimo faktoriuje (EGF), nervų augimo faktoriuje (NGF) ir kituose augimo faktoriuose.

Grb2 yra baltymas, kuris sąveikauja su augimo faktoriaus receptoriumi (augimo receptorius surišantis baltymas); SOS (GEF) – GDP-GTP mainų faktorius (guanino nukleotidų mainų faktorius); Ras – G baltymas (guanidino trifosfatazė); Raf kinazė – aktyvioje formoje – fosforilina MEK kinazę; MEK kinazė – MAP kinazės kinazė; MAP kinazė – mitogeno aktyvuota proteinkinazė

-PO 3 2- grupės pridėjimas prie MAP kinazės aminorūgščių radikalų keičia jo krūvį, konformaciją ir aktyvumą. Fermentas fosforilina specifinius membranų, citozolio ir branduolio baltymus prie serino ir treonino.

Šių baltymų aktyvumo pokyčiai įtakoja medžiagų apykaitos procesų greitį, membranų translokazių funkcionavimą ir tikslinių ląstelių mitozinį aktyvumą.

Receptoriai su guanilato ciklazės aktyvumas taip pat priklauso kataliziniams receptoriams. Guanilato ciklazė katalizuoja cGMP susidarymą iš GTP, kuris yra vienas iš svarbių tarpląstelinio signalo perdavimo pasiuntinių (tarpininkų) (4.17 pav.).

Ryžiai. 4.17. Membranos guanilatciklazės aktyvumo reguliavimas.

Su membrana surišta guanilato ciklazė (GC) yra transmembraninis glikoproteinas. Signalinės molekulės surišimo centras yra tarpląsteliniame domene; guanilatciklazės viduląstelinis domenas dėl aktyvacijos pasižymi kataliziniu aktyvumu.

Pirminio pasiuntinio prisijungimas prie receptoriaus suaktyvina guanilatciklazę, kuri katalizuoja GTP pavertimą cikliniu guanozino-3,5"-monofosfatu (cGMP), antriniu pasiuntiniu. CGMP koncentracija ląstelėje didėja. cGMP molekulės gali grįžtamai prisijungti prie baltymų kinazės G (PKG5), susidedančios iš dviejų subvienetų, reguliavimo centrų. Keturios cGMP molekulės keičia fermento konformaciją ir aktyvumą. Aktyvi baltymų kinazė G katalizuoja tam tikrų baltymų ir fermentų fosforilinimą ląstelės citozolyje. Vienas iš pagrindinių baltymų kinazės G pasiuntinių yra prieširdžių natriuretinis faktorius (ANF), reguliuojantis skysčių homeostazę organizme.

6. Signalo perdavimas naudojant tarpląstelinius receptorius. Hormonai, kurie yra chemiškai hidrofobiniai (steroidiniai hormonai ir tiroksinas), gali difunduoti per membranas, todėl jų receptoriai yra citozolyje arba ląstelės branduolyje.

Citozoliniai receptoriai yra susiję su chaperono baltymu, kuris neleidžia priešlaikiniam receptorių aktyvavimui. Steroidinių ir skydliaukės hormonų branduoliniuose ir citozoliniuose receptoriuose yra DNR surišimo domenas, užtikrinantis hormonų ir receptorių komplekso sąveiką su branduolyje esančiomis DNR reguliavimo sritimis ir transkripcijos greičio pokyčius.

Įvykių, dėl kurių pasikeičia transkripcijos greitis, seka

Hormonas praeina per ląstelės membranos lipidinį dvigubą sluoksnį. Citozolyje arba branduolyje hormonas sąveikauja su receptoriumi. Hormonų-receptorių kompleksas patenka į branduolį ir prisijungia prie reguliuojančios DNR nukleotidų sekos - stipriklis(4.18 pav.) arba Duslintuvas. Protoriaus prieinamumas RNR polimerazei padidėja sąveikaujant su stiprikliu arba sumažėja sąveikaujant su duslintuvu. Atitinkamai tam tikrų struktūrinių genų transkripcijos greitis didėja arba mažėja. Brandžios mRNR išeina iš branduolio. Tam tikrų baltymų vertimo greitis didėja arba mažėja. Keičiasi baltymų kiekis, turintis įtakos ląstelės metabolizmui ir funkcinei būklei.

Kiekvienoje ląstelėje yra receptorių, įtrauktų į įvairias signalų perdavimo sistemas, kurios paverčia visus išorinius signalus į tarpląstelinius. Tam tikro pirminio pasiuntinio receptorių skaičius gali svyruoti nuo 500 iki daugiau nei 100 000 vienoje ląstelėje. Jie yra ant membranos toli vienas nuo kito arba susitelkę tam tikrose jos vietose.

Ryžiai. 4.18. Signalo perdavimas į tarpląstelinius receptorius

b) iš lentelės pasirinkite lipidus, susijusius su:

1. Baltymų kinazės C aktyvinimas

2. DAG susidarymo reakcijos veikiant fosfolipazei C

3. Nervinių skaidulų mielino apvalkalų susidarymas

c) parašykite 2 dalyje pasirinkto lipido hidrolizės reakciją;

d) nurodyti, kuris iš hidrolizės produktų dalyvauja reguliuojant endoplazminio tinklo Ca 2 + kanalą.

2. Pasirinkite teisingus atsakymus.

Baltymų-nešiklių konformaciniam labilumui gali turėti įtakos:

B. Elektrinio potencialo pokytis visoje membranoje

B. Konkrečių molekulių prijungimas D. Dvisluoksnių lipidų riebalų rūgščių sudėtis E. Pernešamos medžiagos kiekis

3. Rungtynės:

A. Kalcio kanalas ER B. Ca 2 +-ATPazė

D. Nuo Ka+ priklausomas Ca 2+ transporteris D. N+, K+-ATPazė

1. Perneša Na+ pagal koncentracijos gradientą

2. Funkcijos palengvintos difuzijos mechanizmu

3. Perneša Na+ prieš koncentracijos gradientą

4. Perkelkite stalą. 4.2. į sąsiuvinį ir užpildykite.

4.2 lentelė. Adenilato ciklazės ir inozitolio fosfato sistemos

Struktūra ir veikimo etapai	Adenilato ciklazės sistema	Inozitolio fosfato sistema
Pirminio sistemos pasiuntinio pavyzdys
Integruotas ląstelės membranos baltymas, kuris papildomai sąveikauja su pirminiu pasiuntiniu
Baltymai, aktyvuojantys fermentų signalizacijos sistemą
Fermentų sistema, formuojanti antrąjį pasiuntinį (-us)
Antrinės (-ių) pasiuntinių sistemos
Citozolinis (-i) sistemos fermentas (-ai), sąveikaujantis (-i) su antruoju pasiuntiniu
Fermentų aktyvumo metabolizmo keliuose reguliavimo mechanizmas (šioje sistemoje).
Antrųjų pasiuntinių koncentracijos tikslinėje ląstelėje mažinimo mechanizmai
Signalinės sistemos membraninio fermento aktyvumo sumažėjimo priežastis

SAVIKONTROLĖS UŽDUOTYS

1. Rungtynės:

A. Pasyvus simbolis B. Pasyvus antiportas

B. Endocitozė D. Egzocitozė

D. Pirminis aktyvusis transportas

1. Medžiagos transportavimas į ląstelę vyksta kartu su plazminės membranos dalimi

2. Tuo pačiu metu pagal koncentracijos gradientą į ląstelę patenka dvi skirtingos medžiagos

3. Medžiagų pernešimas vyksta prieš koncentracijos gradientą

2. Pasirinkite teisingą atsakymą.

ag-G baltymo subvienetas, prijungtas prie GTP, aktyvina:

A. Receptorius

B. Baltymų kinazė A

B. Fosfodiesterazė G. Adenilato ciklazė D. Baltymų kinazė C

3. Rungtynės.

Funkcija:

A. Reguliuoja katalizinio receptoriaus aktyvumą B. Suaktyvina fosfolipazę C

B. Paverčia baltymų kinazę A į aktyvią formą

D. Padidina Ca 2+ koncentraciją ląstelės citozolyje D. Suaktyvina proteinkinazę C

Antrinis pasiuntinys:

4. Rungtynės.

Operacija:

A. Gali skleisti šoninę difuziją membranos dvisluoksnyje

B. Komplekse su pirminiu pasiuntiniu jis prisijungia prie stipriklio

B. Sąveikaujant su pirminiu pasiuntiniu, pasireiškia fermentinis aktyvumas

D. Gali sąveikauti su G baltymu

D. Signalo perdavimo metu jis sąveikauja su fosfolipaze C Receptorius:

1. Insulinas

2. Adrenalinas

3. Steroidinis hormonas

5. Atlikite „grandinės“ užduotį:

A) Peptidiniai hormonai sąveikauja su receptoriais:

A. Ląstelės citozolyje

B. Taikinių ląstelių membranų vientisieji baltymai

B. Ląstelės branduolyje

D. Kovalentiškai surištas su FIF 2

b) tokio receptoriaus sąveika su hormonu padidina koncentraciją ląstelėje:

A. Hormonas

B. Tarpiniai metabolitai

B. Antriniai pasiuntiniai D. Branduoliniai baltymai

V) Šios molekulės gali būti:

A. ŽYMA B. GTP

B. FIF 2 G. cAMP

G) jie aktyvuoja:

A. Adenilato ciklazė

B. Nuo Ca 2+ priklausomas kalmodulinas

B. Baltymų kinazė A D. Fosfolipazė C

e) šis fermentas keičia medžiagų apykaitos procesų greitį ląstelėje:

A. Ca 2 + koncentracijos citozolyje didinimas B. Reguliuojančių fermentų fosforilinimas

B. Baltymų fosfatazės aktyvinimas

D. Reguliuojamųjų baltymų genų ekspresijos pokyčiai

6. Atlikite „grandinės“ užduotį:

A) augimo faktoriaus (GF) prijungimas prie receptoriaus (R) sukelia:

A. FR-R komplekso lokalizacijos pokyčiai

B. Receptoriaus dimerizacija ir transautofosforilinimas

B. Receptoriaus konformacijos ir prisijungimo prie Gs baltymo pokytis D. FR-R komplekso perkėlimas

b) Tokie receptoriaus struktūros pokyčiai padidina jo afinitetą paviršiaus membranos baltymui:

B. Rafas G. Grb2

V) ši sąveika padidina citozolinio baltymo prisijungimo prie komplekso tikimybę:

A. Calmodulina B. Ras

B. PKS D. SOS

G) kuris padidina komplekso papildomumą „įtvirtintam“ baltymui:

d) „įtvirtinto“ baltymo konformacijos pokytis sumažina jo afinitetą:

A. CAMP B. GTP

B. BVP D. ATP

e) ši medžiaga pakeičiama:

A. HDF B. AMP

B. cGMP D. GTP

ir) nukleotido pridėjimas skatina „įtvirtinto“ baltymo sąveiką su:

A. PKA B. Kalmodulinas

h) šis baltymas yra dalis komplekso, kuris fosforilina:

A. MEK kinazė B. Baltymų kinazė C

B. Baltymų kinazė A D. MAP kinazė

Ir) šis fermentas savo ruožtu aktyvuoja:

A. MEK kinazė B. Baltymų kinazė G

B. Raf baltymas D. MAP kinazė

j) baltymo fosforilinimas padidina jo afinitetą:

A. SOS ir Raf baltymai B. Branduoliniai reguliuojantys baltymai B. Kalmodulinas D. Branduoliniai receptoriai

k) šių baltymų aktyvinimas sukelia:

A. GTP defosforilinimas aktyviame Ras baltymo centre B. Receptoriaus afiniteto augimo faktoriui sumažėjimas

B. Matricos biosintezės greičio didinimas D. SOS-Grb2 komplekso disociacija

m) dėl to:

A. SOS baltymas atsiskiria nuo receptoriaus.

B. Vyksta receptoriaus protomerų disociacija (R)

B. Ras baltymas atsiskiria nuo Raf baltymo

D. Padidėja tikslinės ląstelės proliferacinis aktyvumas.

ATSAKYMŲ Į „SAVIKONTROLĖS UŽDUOTIS“ STANDARTAI

1. 1-B, 2-A, 3-D

3. 1-B, 2-D, 3-G

4. 1-B, 2-G, 3-B

5. a) B, b) C, c) D, d) C, e) B

6. a) B, b) D, c) G, d) A, e) B, f) D, g) G, h) A, i) G, j) C, l) C, m) D

PAGRINDINĖS SĄVOKOS IR SĄVOKOS

1. Membranų sandara ir funkcijos

2. Medžiagų pernešimas per membranas

3. Membraninių baltymų sandaros ypatumai

4. Transmembraninės signalo perdavimo sistemos (adenilato ciklazė, inozitolio fosfatas, guanilatciklazė, kataliziniai ir tarpląsteliniai receptoriai)

5. Pirminiai pasiuntiniai

6. Antriniai pasiuntiniai (tarpininkai)

UŽDUOTYS KLASĖS DARBUI

1. Patikrinkite pav. 4.19 ir atlikite šias užduotis:

a) nurodyti transporto rūšį;

b) nustatyti įvykių tvarką:

A. Cl – palieka ląstelę pagal koncentracijos gradientą

B. Baltymų kinazė A fosforilina kanalo R subvienetą

B. Pakinta R subvieneto konformacija

D. Vyksta kooperatyviniai membranos baltymo konformaciniai pokyčiai

D. Suaktyvinama adenilato ciklazės sistema

Ryžiai. 4.19. C1 kanalo veikimas žarnyno endotelyje.

R yra reguliuojantis baltymas, kurį baltymų kinazė A (PKA) paverčia fosforilinta forma.

c) palyginkite endoplazminio tinklo membranos Ca 2+ kanalo ir žarnyno endotelio ląstelės Cl - kanalo funkcionavimą užpildydami lentelę. 4.3.

4.3 lentelė. Kanalų veikimo reguliavimo metodai

Išspręsti problemas

1. Širdies raumens susitraukimas suaktyvina Ca 2+, kurio kiekis ląstelės citozolyje didėja dėl to, kad veikia nuo cAMP priklausomi citoplazminės membranos transporteriai. Savo ruožtu cAMP koncentraciją ląstelėse reguliuoja dvi signalinės molekulės – adrenalinas ir acetilcholinas. Be to, yra žinoma, kad adrenalinas, sąveikaudamas su β 2 -adrenerginiais receptoriais, padidina cAMP koncentraciją miokardo ląstelėse ir stimuliuoja širdies išstūmimą, o acetilcholinas, sąveikaujantis su M 2 -cholinerginiais receptoriais, sumažina cAMP lygį ir miokardo kontraktilumą. Paaiškinkite, kodėl du pirminiai pasiuntiniai, naudojantys tą pačią signalo perdavimo sistemą, sukelia skirtingus ląstelių atsakus. Už tai:

a) įsivaizduokite adrenalino ir acetilcholino signalo perdavimo schemą;

b) nurodykite šių pasiuntinių signalų perdavimo kaskadų skirtumą.

2. Acetilcholinas, sąveikaujantis su M 3 -cholinerginiais seilių liaukų receptoriais, skatina Ca 2+ išsiskyrimą iš ER. Padidėjusi Ca 2+ koncentracija citozolyje užtikrina sekrecinių granulių egzocitozę ir elektrolitų bei nedidelio kiekio baltymų išsiskyrimą į seilių lataką. Paaiškinkite, kaip reguliuojamas ER Ca 2+ kanalų veikimas. Už tai:

a) įvardykite antrinį pasiuntinį, užtikrinantį Ca 2+ kanalų atidarymą ER;

b) parašykite antrinio pasiuntinio susidarymo reakciją;

c) pateikiama acetilcholino transmembraninio signalo perdavimo schema, kurią aktyvuojant susidaro reguliuojantis ligando Ca 2+ kanalas

3. Insulino receptorių tyrinėtojai nustatė reikšmingą baltymo, kuris yra vienas iš insulino receptoriaus substratų, geno pasikeitimą. Kaip šio baltymo struktūros sutrikimas paveiks insulino signalo perdavimo sistemos funkcionavimą? Norėdami atsakyti į klausimą:

a) pateikti insulino transmembraninio signalo perdavimo diagramą;

b) įvardykite baltymus ir fermentus, kuriuos insulinas aktyvina tikslinėse ląstelėse, nurodykite jų funkciją.

4. Ras baltymas yra citoplazminės membranos įtvirtintas baltymas. „Inkaro“ funkciją atlieka 15 anglies farnezilo liekana H 3 C-(CH 3) C=CH-CH 2 -[CH 2 -(CH 3) C=CH-CH 2 ] 2 -, kuri yra prijungta į baltymą veikiant fermentui farneziltransferazei po transliacijos modifikavimo metu. Šiuo metu atliekami šio fermento inhibitorių klinikiniai tyrimai.

Kodėl dėl šių vaistų vartojimo sutrinka augimo faktoriaus signalo perdavimas? Atsakyti:

a) pateikti signalo perdavimo schemą, apimančią Ras baltymus;

b) paaiškina Ras baltymų funkciją ir jų acilinimo sutrikimo pasekmes;

c) atspėti, kokioms ligoms gydyti buvo sukurti šie vaistai.

5. Steroidinis hormonas kalcitriolis aktyvina su maistu gaunamo kalcio pasisavinimą, padidindamas Ca 2+ transportuojančių baltymų skaičių žarnyno ląstelėse. Paaiškinkite kalcitriolio veikimo mechanizmą. Už tai:

a) pateikti bendrą steroidinio hormono signalo perdavimo schemą ir aprašyti jos funkcionavimą;

b) įvardykite procesą, kuris aktyvina hormoną tikslinės ląstelės branduolyje;

c) nurodyti, kurioje matricos biosintezėje dalyvaus branduolyje susintetintos molekulės ir kur tai vyksta.

Panašūs straipsniai