Хидрофилни хормони, тяхната структура и биологични функции. Калцият като вторичен посредник Хормонални вторичен посредник

При сигнализиране в клетка първичните медиатори са химични съединения или физични фактори (квант светлина), които могат да активират механизма на предаване на сигнала в клетката. По отношение на приемащата клетка първичните пратеници са извънклетъчни сигнали. Трябва да се отбележи, че молекули, които присъстват в изобилие вътре в клетката, но обикновено присъстват в много ниски концентрации в междуклетъчното пространство (например ATPyglutamate), също могат да действат като извънклетъчни стимули. В зависимост от функциите първичните посредници могат да бъдат разделени на няколко групи:

• цитокини

  невротрансмитери

  растежни фактори

  хемокини

Рецептори – специални протеини, които доставят на клетката сигнал от първичните пратеници. За тези протеини, първичните пратеници са лиганди.

За да се осигури функцията на рецептора, протеиновите молекули трябва да отговарят на редица изисквания:

Притежават висока лигандна селективност;

Кинетиката на свързване на лиганда трябва да бъде описана чрез крива с насищане, съответстваща на състоянието на пълна заетост на всички рецепторни молекули, чийто брой на мембраната е ограничен;

Рецепторите трябва да имат тъканна специфичност, отразяваща наличието или отсъствието на тези функции в клетките на целевия орган;

Свързването на лиганда и неговият клетъчен (физиологичен) ефект трябва да са обратими, параметрите на афинитета трябва да съответстват на физиологичните концентрации на лиганда.

Клетъчните рецептори се разделят на следните класове:

мембрана

• рецепторни тирозин кинази

  G-протеин свързани рецептори

  йонни канали

цитоплазмен

Мембранните рецептори разпознават големи (напр. инсулин) или хидрофилни (напр. адреналин) сигнални молекули, които не могат да влязат в клетката сами. Малки хидрофобни сигнални молекули (например трийодтиронин, стероидни хормони, CO, NO) могат да навлязат в клетката чрез дифузия. Рецепторите за такива хормони обикновено са разтворими цитоплазмени или ядрени протеини. След като лигандът се свърже с рецептора, информацията за това събитие се предава по-нататък по веригата и води до образуването на първичен и вторичен клетъчен отговор.

Механизми за активиране на рецепторите. Ако външна сигнална молекула действа върху рецепторите на клетъчната мембрана и ги активира, тогава последните предават получената информация на системата от протеинови компоненти на мембраната, наречена каскада на сигнална трансдукция. Мембранните протеини на каскадата на сигнална трансдукция се разделят на:

рецептор-свързани трансдюсерни протеини

усилващи ензими, свързани с трансдюсерни протеини (активират вторични вътреклетъчни пратеници, които пренасят информация в клетката).

Ето как действат свързаните с G-протеин рецептори. Други рецептори (йонни канали, рецептори с протеин киназна активност) сами по себе си служат като мултипликатори.

4.3.2. Вторични посредници

Това са вещества с ниско молекулно тегло, които се образуват или освобождават в резултат на ензимната активност на един от компонентите на веригата за предаване на сигнала и допринасят за по-нататъшното му предаване и усилване. Вторичните месинджъри се характеризират със следните свойства: имат малко молекулно тегло и дифундират с висока скорост в цитоплазмата; бързо се разцепват и бързо се отстраняват от цитоплазмата. Вторичните посредници включват:

Калциеви йони (Ca2+);

цикличен аденозин монофосфат (cAMP) и цикличен гуанозин монофосфат (cGMP)

инозитол трифосфат

липофилни молекули (например диацилглицерол);

азотен оксид (NO) (тази молекула също така действа като първичен пратеник, проникващ в клетката отвън).

Понякога в клетката се образуват и третични медиатори. По този начин Ca2+ йони обикновено действат като втори посредник, но по време на предаване на сигнала с помощта на инозитол трифосфат (вторичен посредник), Ca2+ йони, освободени с негово участие от EPR, служат като третичен медиатор.

Механизъм за предаване на сигналапредполага следната схема:

Взаимодействие на външен агент (стимул) с клетъчен рецептор,

Активиране на ефекторна молекула, разположена в мембраната и отговорна за генерирането на вторични пратеници,

Образуването на вторични посредници,

Активиране от медиатори на целевите протеини, причиняващи генерирането на следните медиатори,

Изчезването на посредника.

Клетъчната сигнализация (клетъчна сигнализация) е част от сложна комуникационна система, която контролира основните клетъчни процеси и координира действията на клетката. Способността на клетките да реагират правилно на промените в тяхната среда (микросреда) е в основата на развитието, възстановяването на тъканите, имунитета и системата за поддържане на хомеостазата като цяло. Грешките в системите за обработка на клетъчна информация могат да доведат до рак, автоимунни заболявания и диабет. Разбирането на механизмите на предаване на сигнала в клетките може да доведе до разработването на лечения за заболявания и дори до създаването на изкуствени тъкани.

Традиционно биологичните изследвания са фокусирани върху изучаването на отделни части от системата за пренос на сигнали. Познаването на компонентите на сигналните системи помага да се разбере цялостната структура на клетъчните сигнални системи и как промените в тях могат да повлияят на предаването и изтичането на информация. Системите за сигнална трансдукция в клетката са сложно организирани комплекси и имат такива качества като ултрачувствителност и бистабилност (способността да бъде в едно от двете съществуващи състояния). Анализът на системите за пренос на сигнали в клетката включва комбинация от експериментални и теоретични изследвания, които включват разработване и анализ на модели и симулатори.

Резюме. Тази глава обсъжда основните модели и проблеми на молекулярната биология на примера на феномена на програмирана клетъчна смърт (апоптоза), междуклетъчни и вътреклетъчни взаимодействия, използването на молекулярни генетични маркери (използвайки полимеразната верижна реакция като пример) за фундаментални и приложни цели.

Контролни задачи

Произход и еволюция на апоптозата в различни групи организми.

Характеристика и основни начини за индукция на основните фази на апоптозата.

Основни механизми на регулация на апоптозата.

Патологии, причинени от нарушения на процеса на апоптоза.

Основните видове молекулярно-генетични маркери.

История на откритието, метод на полимеразна верижна реакция.

Характеристики на провеждането и прилагането на основните видове PCR.

Значение на сигналната трансдукция в междуклетъчните и вътреклетъчните взаимодействия.

Механизми на активиране на рецепторни протеини.

Механизми на предаване на сигнала при междуклетъчно взаимодействие.

Отговорът на таргетната клетка към действието на хормона се формира чрез създаването на хормонален рецепторен комплекс (GH), което води до активиране на самия рецептор, инициирайки отговора на клетката. Хормонът адреналин, когато взаимодейства с рецептора, отваря мембранните канали, а Na + - входният йонен ток определя функцията на клетката. Повечето хормони обаче не отварят или затварят мембранните канали сами, а във взаимодействие с G-протеина.

Механизмът на действие на хормоните върху целевите клетки е свързан с тяхната химическа структура:

■ Водоразтворимите хормони - протеини и полипептиди, както и аминокиселинните производни - катехоламини, взаимодействат с рецепторите на целевата клетъчна мембрана, образувайки комплекс "хормон-рецептор" (HR).Появата на този комплекс води до образуването на вторичен или вътреклетъчен месинджър (messenger), с който се свързват промените в клетъчната функция. Броят на рецепторите на повърхността на мембраната на таргетната клетка е приблизително 104-105;

■ мастноразтворими хормони - стероиди - преминават през мембраната на целевата клетка и взаимодействат с плазмените рецептори, чийто брой варира от 3000 до 104, образувайки GH комплекс, който след това навлиза в ядрената мембрана. Стероидните хормони и производните на аминокиселината тирозин - тироксин и трийодтиронин - проникват през ядрената мембрана и взаимодействат с ядрените рецептори, свързани с една или повече хромозоми, което води до промени в протеиновия синтез в целевата клетка.

Според съвременните концепции действието на хормоните се дължи на стимулиране или инхибиране на каталитичната функция на определени ензими в прицелните клетки. Този ефект може да се постигне по два начина:

■ взаимодействието на хормона с рецепторите на повърхността на клетъчната мембрана и стартирането на верига от биохимични трансформации в мембраната и цитоплазмата;

■ проникване на хормона през мембраната и свързване с цитоплазмените рецептори, след което хормонорецепторният комплекс прониква в ядрото и органелите на клетката, където осъществява регулаторния си ефект чрез синтезиране на нови ензими.

Първият път води до активиране на мембранни ензими и образуване на вторични пратеници. Днес са известни четири системи от вторични пратеници:

■ аденилат циклаза - cAMP;

■ гуанилат циклаза - cGMP;

■ фосфолипаза - инозитол трифосфат;

■ калмодулин - йонизиран Ca 2+.

Вторият начин за въздействие върху целевите клетки е комплексообразуването на хормона с рецепторите, съдържащи се в клетъчното ядро, което води до активиране или инхибиране на неговия генетичен апарат.

Мембранни рецептори и вторични вестители (пратеници)

Хормоните, свързвайки се с мембранните рецептори на клетката-мишена, образуват GR комплекса "хормон - рецептор" (стъпка 1) (фиг. 6.3). Конформационните промени в рецептора активират стимулиращия G-протеин (интегриран с рецептора), който е комплекс от три субединици (α-, β-, γ-) и гуанозин дифосфат (GDP). замяна

ТАБЛИЦА 6.11.Кратко описание на хормоните

Къде се произвеждат хормони		Име на хормона		съкращение	Ефекти върху таргетните клетки
хипоталамус		Тиротропин-освобождаващ хормон			Стимулира производството на тиротропин от аденохипофизата
хипоталамус		Кортикотропин-освобождаващ хормон			Стимулира производството на ACTH от аденохипофизата
хипоталамус		Гонадотропин-освобождаващ хормон			Стимулира производството на лутеинизиращ (LH) и фоликулостимулиращ (FSP) хормон от аденохипофизата
хипоталамус		освобождаващ фактор на растежен хормон			Стимулира производството на растежен хормон от аденохипофизата
хипоталамус		соматостатин			Потиска производството на растежен хормон от аденохипофизата
хипоталамус		Инхибиторен фактор на пролактин (допамин)			Потиска производството на пролактин от аденохипофизата
хипоталамус		пролактин стимулиращ фактор			Стимулира производството на пролактин от аденохипофизата
хипоталамус		окситоцин			Стимулира млечната секреция, маточните контракции
хипоталамус		Вазопресин - антидиуретичен хормон			Стимулира реабсорбцията на вода в дисталния нефрон
Преден дял на хипофизата		TSH или тироид-стимулиращ хормон		TSH или TSG	Стимулира синтеза и секрецията на тироксин, трийодтиронин от щитовидната жлеза
Преден дял на хипофизата					Стимулира секрецията на глюкокортикоиди (кортизол) от надбъбречната кора
Преден дял на хипофизата		фоликулостимулиращ хормон			Стимулира растежа на фоликулите и секрецията на естроген от яйчниците
Преден дял на хипофизата		лутеинизиращ хормон			Стимулира овулацията, образуването на жълтото тяло, както и синтеза на естрогени и прогестерон от яйчниците
Преден дял на хипофизата		Хормон на растежа или растежен хормон			Стимулира протеиновия синтез и общия растеж
Преден дял на хипофизата		пролактин			Стимулира производството и секрецията на мляко
Преден дял на хипофизата		β-липотропин
Междинна хипофизна жлеза		Мелзнотропин			Стимулира синтеза на меланин при риби, земноводни, влечуги (при хората стимулира растежа на скелета (осификация на костите), повишава интензивността на метаболизма, производството на топлина, повишава усвояването на протеини, мазнини, въглехидрати от клетките, стимулира формирането на психични функции след раждането на дете
щитовидната жлеза		L-тироксин
		трийодтиронин
Надбъбречна кора (ретикуларна зона)		полови хормони			Стимулира производството на дихидрогепиандростерон и андростендион
Надбъбречна кора (фасцикуларна зона)		Глюкокортикоиди (кортизол)			Стимулира глюконеогенезата, има противовъзпалителен ефект, потиска имунната система
Надбъбречна кора (гломерулна зона)		алдостерон			Повишава реабсорбцията на Na + йони, секрецията на K + йони в тубулите на нефрона
церебрална вещество надбъбречните жлези		Адреналин, норепинефрин			Активиране на алфа-, бета-адренергичните рецептори
		естрогени			Растеж и развитие на женските полови органи, пролиферативна фаза на менструалния цикъл
		прогестерон			Секреторна фаза на менструалния цикъл
		тестостерон			Сперматогенеза, мъжки вторични полови белези
Двойка щитовидни жлези		Парат хормон (паратироиден хормон)			Повишава концентрацията на Ca 2+ йони в кръвта (деминерализация на костите)
Щитовидна жлеза (С-клетки)	калцитонин					Намалява концентрацията на Са2+ йони в кръвта
Активиране в бъбреците	1,25-дихидроксихолекалциферол (калцитриол)					Повишава чревната абсорбция на Ca 2+ йони
Панкреас - бета клетки						Намалява концентрацията на глюкоза в кръвта
Панкреас - алфа клетки	глюкагон					Повишава концентрацията на глюкоза в кръвта
плацента	човешки хорионгонадотропин					Увеличава синтеза на естроген и прогестерон
плацента	човешки плацентарен лактоген					Действа като хормона на растежа и пролактина по време на бременност

ОРИЗ. 6.3. Схема на механизма на действие на хормона с образуването на вторичен вътреклетъчен пратеник cAMP. GDP - гуанин дифосфат, GTP - гуанин трифосфат

GDP към GTP гуанозин трифосфат (стъпка 2) води до отделяне на α-субединица, която веднага взаимодейства с други сигнални протеини, променяйки активността на йонните канали или клетъчните ензими - аденилат циклаза или фосфолипаза С - и клетъчната функция.

Действието на хормоните върху клетките-мишени с образуването на вторичния посредник cAMP

Активираният мембранен ензим аденилат циклаза превръща АТФ във втори посредник - цикличен аденозин монофосфат сАМР (стъпка 3) (виж Фиг. 6.3), който от своя страна активира ензима протеин киназа А (стъпка 4), което води до фосфорилиране на специфични протеини (стъпка 5), следствието от което е промяна във физиологичната функция (стъпка 6), например образуването на нови мембранни канали за калциеви йони, което води до увеличаване на силата на сърдечните контракции.

Вторият посредник сАМР се разгражда от ензима фосфодиестераза до неактивната форма 5'-АМР.

Някои хормони (натриуретични) взаимодействат с инхибиторните G-протеини, което води до намаляване на активността на мембранните ензими аденилат циклаза, намаляване на клетъчната функция.

Действието на хормоните върху целевите клетки с образуването на вторични посредници - диацилглицерол и инозитол-3-фосфат

Хормонът образува комплекс с мембранния рецептор - OS (стъпка 1) (фиг. 6.4) и чрез G-протеина (стъпка 2) активира фосфолипаза С, прикрепена към вътрешната повърхност на рецептора (стъпка 3).

Под влияние на фосфолипаза С, която хидролизира мембранните фосфолипиди (фосфатидилинозитол бифосфат), се образуват два вторични месинджъра - диацилглицерол (DG) и инозитол-3-фосфат (IP3) (стъпка 4).

Вторият посредник IP3 мобилизира освобождаването на Ca 2+ йони от митохондриите и ендоплазмения ретикулум (стъпка 5), които се държат като втори носители. Ca2+ йони заедно с DG (lipid second messenger) активират ензима протеин киназа С (стъпка 6), който фосфорилира протеините и предизвиква промяна във физиологичните функции на таргетната клетка.

Действието на хормоните с помощта на системите "калций - калмодулин",който действа като вторичен посредник. Когато калцият навлезе в клетката, той се свързва с калмодулина и го активира. Активираният калмодулин от своя страна повишава активността на протеин киназата, което води до протеиново фосфорилиране, промени в клетъчните функции.

Действието на хормоните върху генетичния апарат на клетката

Мастноразтворимите стероидни хормони преминават през целевата клетъчна мембрана (стъпка 1) (фиг. 6.5), където се свързват с цитоплазмените рецепторни протеини. Образуваният GR комплекс (стъпка 2) дифундира в ядрото и се свързва към специфични региони на хромозомната ДНК (стъпка 3), активирайки процеса на транскрипция чрез генериране на иРНК (стъпка 4). иРНК пренася матрицата в цитоплазмата, където осигурява процеси на транслация на рибозомите (стъпка 5), синтез на нови протеини (стъпка 6), което води до промяна във физиологичните функции.

Мастноразтворимите тиреоидни хормони - тироксин и трийодтиронин - проникват в ядрото, където се свързват с рецепторен протеин, който е протеин, разположен върху ДНК хромозомите. Тези рецептори контролират функцията както на промоторите, така и на операторите на гените.

Хормоните активират генетичните механизми, които са в ядрото, поради което се произвеждат повече от 100 вида клетъчни протеини. Много от тях са ензими, които повишават метаболитната активност на телесните клетки. След като реагират веднъж с вътреклетъчните рецептори, тиреоидните хормони контролират генната експресия в продължение на няколко седмици.

Вторични медиатори на хормоналното действие са:

1. Аденилат циклаза и цикличен AMP,

2. Гуанилат циклаза и цикличен GMF,

3. Фосфолипаза С:

диацилглицерол (DAG),

Инозитол-три-ффосфат (IF3),

4. Йонизиран Са - калмодулин

Хетеротрофен протеин G-протеин.

Този протеин образува бримки в мембраната и има 7 сегмента. Те се сравняват със змиевидни ленти. Има издадена (външна) и вътрешна част. Към външната част е прикрепен хормон, а от вътрешната повърхност има 3 субединици – алфа, бета и гама. В неактивно състояние този протеин има гуанозин дифосфат. Но когато се активира, гуанозин дифосфатът се променя в гуанозин трифосфат. Промяната в активността на G-протеина води или до промяна в йонната пропускливост на мембраната, или ензимната система (аденилатциклаза, гуанилатциклаза, фосфолипаза С) се активира в клетката. Това предизвиква образуването на специфични протеини, активира се протеин киназата (необходима за процесите на фосфорилиране).

G-протеините могат да бъдат активиращи (Gs) и инхибиторни или с други думи инхибиторни (Gi).

Разрушаването на цикличния AMP става под действието на ензима фосфодиестераза. Цикличният HMF има обратен ефект. Когато фосфолипаза С се активира, се образуват вещества, които допринасят за натрупването на йонизиран калций в клетката. Калцият активира протеин циназите, насърчава мускулната контракция. Диацилглицеролът насърчава превръщането на мембранните фосфолипиди в арахидонова киселина, която е източникът на образуването на простагландини и левкотриени.

Хормонорецепторният комплекс прониква в ядрото и действа върху ДНК, което променя процесите на транскрипция и се образува иРНК, която напуска ядрото и отива към рибозомите.

Следователно хормоните могат да осигурят:

1. Кинетично или стартово действие,

2. Метаболитно действие,

3. Морфогенетично действие (тъканна диференциация, растеж, метаморфоза),

4. Коригиращо действие (коригиращо, адаптивно).

Механизми на действие на хормоните в клетките:

Промени в пропускливостта на клетъчните мембрани,

Активиране или инхибиране на ензимни системи,

Влияние върху генетичната информация.

Регулирането се основава на тясното взаимодействие на ендокринната и нервната система. Процесите на възбуждане в нервната система могат да активират или инхибират дейността на ендокринните жлези. (Помислете например за процеса на овулация при заек. Овулацията при заек настъпва само след акта на чифтосване, който стимулира освобождаването на гонадотропен хормон от хипофизната жлеза. Последният предизвиква процеса на овулация).

След прехвърляне на психическа травма може да възникне тиреотоксикоза. Нервната система контролира секрецията на хипофизните хормони (неврохормон), а хипофизната жлеза влияе върху дейността на други жлези.

Има механизми за обратна връзка. Натрупването на хормон в тялото води до инхибиране на производството на този хормон от съответната жлеза, а дефицитът ще бъде механизъм за стимулиране на образуването на хормона.

Има механизъм за саморегулация. (Например, кръвната захар определя производството на инсулин и/или глюкагон; ако нивото на захарта се повиши, се произвежда инсулин, а ако спадне, се произвежда глюкагон. Липсата на Na стимулира производството на алдостерон.)

5. Хипоталамо-хипофизна система. нейната функционална организация. Невросекреторни клетки на хипоталамуса. Характеристики на тропните хормони и рилизинг хормоните (либерини, статини). Епифиза (епифиза).

6. Аденохипофиза, връзката й с хипоталамуса. Естеството на действието на хормоните на предната хипофизна жлеза. Хипо- и хиперсекреция на аденохипофизните хормони. Свързани с възрастта промени в образуването на хормони на предния лоб.

Клетките на аденохипофизата (вижте тяхната структура и състав в хода на хистологията) произвеждат следните хормони: соматотропин (хормон на растежа), пролактин, тиреотропин (тироид-стимулиращ хормон), фоликулостимулиращ хормон, лутеинизиращ хормон, кортикотропин (ACTH), меланотропин, бета-ендорфин, диабетогенен пептид, екзофталмичен фактор и хормон на растежа на яйчниците. Нека разгледаме по-подробно ефектите на някои от тях.

Кортикотропин . (адренокортикотропен хормон - ACTH) се секретира от аденохипофизата в непрекъснати пулсиращи изблици, които имат ясен дневен ритъм. Секрецията на кортикотропин се регулира чрез директна и обратна връзка. Директната връзка е представена от хипоталамусния пептид - кортиколиберин, който усилва синтеза и секрецията на кортикотропин. Обратната връзка се задейства от кръвните нива на кортизол (хормон на надбъбречната кора) и се затваря както на нивото на хипоталамуса, така и на аденохипофизата, а повишаването на концентрацията на кортизол инхибира секрецията на кортиколиберин и кортикотропин.

Кортикотропинът има два вида действие - надбъбречно и екстранадбъбречно. Надбъбречното действие е основното и се състои в стимулиране на секрецията на глюкокортикоиди, в много по-малка степен - минералкортикоиди и андрогени. Хормонът засилва синтеза на хормони в надбъбречната кора - стероидогенеза и протеинов синтез, което води до хипертрофия и хиперплазия на надбъбречната кора. Екстранадбъбречното действие се изразява в липолиза на мастната тъкан, повишена секреция на инсулин, хипогликемия, повишено отлагане на меланин с хиперпигментация.

Излишъкът на кортикотропин е придружен от развитие на хиперкортизолизъм с преобладаващо повишена секреция на кортизол и се нарича болест на Иценко-Кушинг. Основните прояви са характерни за излишъка на глюкокортикоиди: затлъстяване и други метаболитни промени, намаляване на ефективността на имунните механизми, развитие на артериална хипертония и възможност за диабет. Дефицитът на кортикотропин причинява недостатъчност на глюкокортикоидната функция на надбъбречните жлези с изразени метаболитни промени, както и намаляване на устойчивостта на организма към неблагоприятни условия на околната среда.

Соматотропин. . Хормонът на растежа има широк спектър от метаболитни ефекти, които осигуряват морфогенетичен ефект. Хормонът влияе върху протеиновия метаболизъм, засилвайки анаболните процеси. Стимулира навлизането на аминокиселини в клетките, протеиновия синтез чрез ускоряване на транслацията и активиране на РНК синтеза, увеличава клетъчното делене и растежа на тъканите и инхибира протеолитичните ензими. Стимулира включването на сулфат в хрущяла, тимидин в ДНК, пролин в колаген, уридин в РНК. Хормонът предизвиква положителен азотен баланс. Стимулира растежа на епифизния хрущял и замяната му с костна тъкан чрез активиране на алкалната фосфатаза.

Ефектът върху въглехидратния метаболизъм е двоен. От една страна, соматотропинът увеличава производството на инсулин, както поради директен ефект върху бета клетките, така и поради индуцирана от хормони хипергликемия поради разграждането на гликоген в черния дроб и мускулите. Соматотропинът активира чернодробната инсулиназа, ензим, който разгражда инсулина. От друга страна, соматотропинът има контраинсуларен ефект, като инхибира използването на глюкоза в тъканите. Тази комбинация от ефекти, когато е предразположена при условия на прекомерна секреция, може да причини захарен диабет, наречен хипофизен произход.

Ефектът върху метаболизма на мазнините е да стимулира липолизата на мастната тъкан и липолитичния ефект на катехоламините, повишава нивото на свободните мастни киселини в кръвта; поради прекомерния им прием в черния дроб и окисляването се увеличава образуването на кетонни тела. Тези ефекти на соматотропина също се класифицират като диабетогенни.

Ако се появи излишък на хормона в ранна възраст, се формира гигантизъм с пропорционално развитие на крайниците и торса. Излишъкът на хормона в юношеска и зряла възраст води до увеличаване на растежа на епифизните участъци на костите на скелета, зони с непълна осификация, което се нарича акромегалия. . Увеличаване на размера и на вътрешните органи - спланхомегалия.

При вроден дефицит на хормона се образува нанизъм, наречен "хипофизен нанизъм". След публикуването на романа на Дж. Суифт за Гъливер такива хора се наричат ​​разговорно лилипути. В други случаи, придобитият хормонален дефицит причинява леко забавяне на растежа.

Пролактин . Секрецията на пролактин се регулира от хипоталамичните пептиди - инхибитора пролактиностатин и стимулатора пролактолиберин. Производството на хипоталамични невропептиди е под допаминергичен контрол. Нивото на естроген и глюкокортикоиди в кръвта влияе върху количеството секреция на пролактин.

и хормони на щитовидната жлеза.

Пролактинът специално стимулира развитието на млечната жлеза и лактацията, но не и нейната секреция, която се стимулира от окситоцина.

В допълнение към млечните жлези, пролактинът засяга половите жлези, като спомага за поддържането на секреторната активност на жълтото тяло и образуването на прогестерон. Пролактинът е регулатор на водно-солевия метаболизъм, намалява отделянето на вода и електролити, потенцира ефектите на вазопресин и алдостерон, стимулира растежа на вътрешните органи, еритропоезата и насърчава проявата на майчинството. В допълнение към подобряването на протеиновия синтез, той увеличава образуването на мазнини от въглехидрати, което допринася за следродилното затлъстяване.

Меланотропин . . Образува се в клетките на междинния лоб на хипофизната жлеза. Производството на меланотропин се регулира от меланолиберин на хипоталамуса. Основният ефект на хормона е да действа върху меланоцитите на кожата, където предизвиква потискане на пигмента в процесите, увеличаване на свободния пигмент в епидермиса, заобикалящ меланоцитите, и увеличаване на синтеза на меланин. Увеличава пигментацията на кожата и косата.

Неврохипофизата, връзката й с хипоталамуса. Ефекти на хормоните на задната хипофиза (оксигоцин, ADH). Ролята на ADH в регулирането на обема на течностите в тялото. Незахарен диабет.

Вазопресин . . Образува се в клетките на супраоптичните и паравентрикуларните ядра на хипоталамуса и се натрупва в неврохипофизата. Основните стимули, регулиращи синтеза на вазопресин в хипоталамуса и секрецията му в кръвта от хипофизната жлеза, могат да бъдат наречени осмотични. Те се изразяват в: а) повишаване на осмотичното налягане на кръвната плазма и стимулиране на осморецепторите на кръвоносните съдове и невроните-осморецептори на хипоталамуса; б) повишаване на съдържанието на натрий в кръвта и стимулиране на невроните на хипоталамуса, които действат като натриеви рецептори; в) намаляване на централния обем на циркулиращата кръв и артериалното налягане, възприемано от воломорецепторите на сърцето и механорецепторите на съдовете;

г) емоционален и болезнен стрес и физическа активност; д) активиране на системата ренин-ангиотензин и стимулиращия ефект на ангиотензина върху невросекреторните неврони.

Ефектите на вазопресина се реализират поради свързването на хормона в тъканите с два вида рецептори. Свързвайки се с Y1-тип рецептори, предимно локализирани в стената на кръвоносните съдове, чрез вторичните посредници инозитол трифосфат и калций предизвиква съдов спазъм, което допринася за името на хормона - "вазопресин". Свързването с Y2-тип рецептори в дисталния нефрон чрез вторичния месинджър cAMP осигурява повишаване на пропускливостта на събирателните канали на нефрона за вода, неговата реабсорбция и концентрация в урината, което съответства на второто име на вазопресин - "антидиуретичен хормон, ADH".

В допълнение към действието върху бъбреците и кръвоносните съдове, вазопресинът е един от важните мозъчни невропептиди, участващи във формирането на жаждата и поведението при пиене, механизмите на паметта и регулирането на секрецията на аденохипофизните хормони.

Липсата или дори пълната липса на секреция на вазопресин се проявява под формата на рязко увеличаване на диурезата с отделяне на голямо количество хипотонична урина. Този синдром се нарича безвкусен диабет", може да бъде вродена или придобита. Синдромът на излишък на вазопресин (синдром на Parchon) се проявява

при прекомерно задържане на течности в тялото.

Окситоцин . Синтезът на окситоцин в паравентрикуларните ядра на хипоталамуса и освобождаването му в кръвта от неврохипофизата се стимулира по рефлекторен път, когато се стимулират цервикалните рецептори за разтягане и рецепторите на млечната жлеза. Естрогените повишават секрецията на окситоцин.

Окситоцинът предизвиква следните ефекти: а) стимулира свиването на гладката мускулатура на матката, допринасяйки за раждането; б) предизвиква свиване на гладкомускулните клетки на отделителните канали на лактиращата млечна жлеза, осигурявайки отделянето на мляко; в) при определени условия има диуретично и натриуретично действие; г) участва в организирането на питейно-хранителното поведение; д) е допълнителен фактор в регулацията на секрецията на аденохипофизните хормони.

Кратко описание:

Учебни материали по биохимия и молекулярна биология: Структура и функции на биологичните мембрани.

МОДУЛ 4: СТРУКТУРА И ФУНКЦИИ НА БИОЛОГИЧНИТЕ МЕМБРАНИ

_Теми _

4.1. Обща характеристика на мембраните. Структура и състав на мембраните

4.2. Транспорт на вещества през мембрани

4.3. Трансмембранна сигнализация _

Цели на обучението Да могат да:

1. Интерпретирайте ролята на мембраните в регулирането на метаболизма, транспортирането на вещества в клетката и отстраняването на метаболитите.

2. Обяснете молекулярните механизми на действие на хормоните и другите сигнални молекули върху целевите органи.

Зная:

1. Структурата на биологичните мембрани и тяхната роля в метаболизма и енергията.

2. Основните начини за пренос на вещества през мембраните.

3. Основни компоненти и етапи на трансмембранното сигнализиране на хормони, медиатори, цитокини, ейкозаноиди.

ТЕМА 4.1. ОБЩА ХАРАКТЕРИСТИКА НА МЕМБРАНИТЕ.

СТРУКТУРА И СЪСТАВ НА МЕМБРАНИТЕ

Всички клетки и вътреклетъчни органели са заобиколени от мембрани, които играят важна роля в тяхната структурна организация и функциониране. Основните принципи на изграждане на всички мембрани са еднакви. Въпреки това, плазмената мембрана, както и мембраните на ендоплазмения ретикулум, апарата на Голджи, митохондриите и ядрото, имат значителни структурни особености, те са уникални по своя състав и по естеството на техните функции.

Мембрана:

Отделете клетките от околната среда и ги разделете на отделения (отделения);

Регулират транспорта на вещества в клетките и органелите и обратно;

Осигуряват специфичност на междуклетъчните контакти;

Те получават сигнали от околната среда.

Координираното функциониране на мембранните системи, включително рецептори, ензими, транспортни системи, спомага за поддържане на клетъчната хомеостаза и бързо реагиране на промените в състоянието на външната среда чрез регулиране на метаболизма в клетките.

Биологичните мембрани са изградени от липиди и протеини, свързани помежду си нековалентенвзаимодействия. Основата на мембраната е двоен липиден слойкоято включва белтъчни молекули (фиг. 4.1). Липидният двуслой е изграден от два реда амфифиленмолекули, чиито хидрофобни "опашки" са скрити вътре, а хидрофилните групи - полярни "глави" са обърнати навън и са в контакт с водната среда.

1. Мембранни липиди.Мембранните липиди съдържат както наситени, така и ненаситени мастни киселини. Ненаситените мастни киселини са два пъти по-често срещани от наситените мастни киселини, което определя течливостмембрани и конформационна лабилност на мембранните протеини.

В мембраните има три основни вида липиди – фосфолипиди, гликолипиди и холестерол (фиг. 4.2 – 4.4). Най-често се срещат Глицерофосфолипидите са производни на фосфатидната киселина.

Ориз. 4.1. Напречно сечение на плазмената мембрана

Ориз. 4.2. Глицерофосфолипиди.

Фосфатидната киселина е диацилглицерол фосфат. R1, R2 - радикали на мастни киселини (хидрофобни "опашки"). Остатък от полиненаситена мастна киселина е свързан с втория въглероден атом на глицерола. Полярната "глава" е остатък от фосфорна киселина и хидрофилна група от серин, холин, етаноламин или инозитол, прикрепена към него

Има и липиди - производни амино алкохол сфингозин.

Аминоалкохолът сфингозин при ацилиране, т.е. свързвайки мастна киселина към NH2 групата, се превръща в серамид. Керамидите се отличават с остатъка от мастна киселина. Различни полярни групи могат да бъдат свързани с ОН групата на керамида. В зависимост от структурата на полярната "глава" тези производни се делят на две групи - фосфолипиди и гликолипиди. Структурата на полярната група сфингофосфолипиди (сфингомиелини) е подобна на глицерофосфолипидите. Много сфингомиелини се намират в миелиновите обвивки на нервните влакна. Гликолипидите са въглехидратни производни на керамида. В зависимост от структурата на въглехидратния компонент се разграничават цереброзиди и ганглиозиди.

холестеролоткрит в мембраните на всички животински клетки, той втвърдява мембраните и ги намалява течливост(течливост). Молекулата на холестерола е разположена в хидрофобната зона на мембраната успоредно на хидрофобните "опашки" на фосфо- и гликолипидните молекули. Хидроксилната група на холестерола, както и хидрофилните "глави" на фосфо- и гликолипидите,

Ориз. 4.3. Производни на аминоалкохола сфингозин.

Церамид - ацилиран сфингозин (R 1 - радикал на мастна киселина). Фосфолипидите включват сфингомиелини, в които полярната група се състои от остатък от фосфорна киселина и холин, етаноламин или серин. Хидрофилната група (полярна "глава") на гликолипидите е въглехидратен остатък. Цереброзидите съдържат линеен моно- или олигозахариден остатък. Съставът на ганглиозидите включва разклонен олигозахарид, една от мономерните единици на който е NANK - N-ацетилневраминова киселина

с лице към водната фаза. Моларното съотношение на холестерола и другите липиди в мембраните е 0,3-0,9. Тази стойност има най-висока стойност за цитоплазмената мембрана.

Увеличаването на съдържанието на холестерол в мембраните намалява мобилността на веригите на мастните киселини, което засяга конформационната лабилност на мембранните протеини и намалява възможността за тяхната странична дифузия.С увеличаване на течливостта на мембраната, причинена от действието на липофилни вещества върху тях или липидна пероксидация, делът на холестерола в мембраните се увеличава.

Ориз. 4.4. Позиция в мембраната на фосфолипидите и холестерола.

Молекулата на холестерола се състои от твърдо хидрофобно ядро ​​и гъвкава въглеводородна верига. Полярната "глава" е ОН групата при 3-тия въглероден атом на молекулата на холестерола. За сравнение, фигурата показва схематично представяне на мембранния фосфолипид. Полярната глава на тези молекули е много по-голяма и има заряд

Липидният състав на мембраните е различен, съдържанието на един или друг липид, очевидно, се определя от разнообразието от функции, които тези молекули изпълняват в мембраните.

Основните функции на мембранните липиди са, че те:

Те образуват липиден бислой – структурната основа на мембраните;

Осигуряват необходимата среда за функционирането на мембранните протеини;

Участват в регулацията на ензимната активност;

Служи като "котва" за повърхностни протеини;

Участват в предаването на хормонални сигнали.

Промените в структурата на липидния двоен слой могат да доведат до нарушаване на мембранните функции.

2. Мембранни протеини.Мембранните протеини се различават по позицията си в мембраната (фиг. 4.5). Мембранните протеини в контакт с хидрофобната област на липидния двоен слой трябва да бъдат амфифилни, т.е. имат неполярен домейн. Амфифилността се постига поради факта, че:

Аминокиселинните остатъци в контакт с липидния двоен слой са предимно неполярни;

Много мембранни протеини са ковалентно свързани с остатъци от мастни киселини (ацилирани).

Ацилните остатъци от мастни киселини, прикрепени към протеина, осигуряват неговото "закотвяне" в мембраната и възможността за странична дифузия. В допълнение, мембранните протеини претърпяват пост-транслационни модификации като гликозилиране и фосфорилиране. Гликозилирането на външната повърхност на интегралните протеини ги предпазва от увреждане от протеази на междуклетъчното пространство.

Ориз. 4.5. Мембранни протеини:

1, 2 - интегрални (трансмембранни) протеини; 3, 4, 5, 6 - повърхностни протеини. В интегралните протеини част от полипептидната верига е вградена в липидния слой. Тези части от протеина, които взаимодействат с въглеводородни вериги от мастни киселини, съдържат предимно неполярни аминокиселини. Областите на протеина, разположени в областта на полярните "глави", са обогатени с хидрофилни аминокиселинни остатъци. Повърхностните протеини са прикрепени към мембраната по различни начини: 3 - свързани с интегрални протеини; 4 - прикрепени към полярните "глави" на липидния слой; 5 - "закотвен" в мембраната с къс хидрофобен краен домен; 6 - "закотвен" в мембраната с помощта на ковалентно свързан ацилов остатък

Външният и вътрешният слой на една и съща мембрана се различават по състава на липидите и протеините. Тази особеност в структурата на мембраните се нарича трансмембранна асиметрия.

Мембранните протеини могат да участват в:

Селективен транспорт на вещества в и извън клетката;

Предаване на хормонални сигнали;

Образуването на "ограничени ями", участващи в ендоцитозата и екзоцитозата;

Имунологични реакции;

Като ензими при трансформациите на веществата;

Организация на междуклетъчните контакти, които осигуряват образуването на тъкани и органи.

ТЕМА 4.2. ТРАНСПОРТ НА ВЕЩЕСТВАТА ПРЕЗ МЕМБРАНИТЕ

Една от основните функции на мембраните е регулирането на преноса на вещества в и извън клетката, задържането на необходимите на клетката вещества и отстраняването на ненужните. Транспортът на йони, органични молекули през мембраните може да се осъществи по концентрационен градиент - пасивен транспорти срещу концентрационния градиент - активен транспорт.

1. Пасивен транспортможе да се извърши по следните начини (фиг. 4.6, 4.7):

Ориз. 4.6. Механизми на пренос на вещества през мембрани по концентрационния градиент

Пасивният транспорт е дифузия на йони през протеинови канали,например дифузия на H+, Ca 2+, N+, K+. Функционирането на повечето канали се регулира от специфични лиганди или промени в трансмембранния потенциал.

Ориз. 4.7. Ca2+ канал на мембраната на ендоплазмения ретикулум, регулиран от инозитол-1,4,5-трифосфат (IF 3).

IP 3 (инозитол-1,4,5-трифосфат) се образува по време на хидролизата на мембранния липид PIF 2 (фосфатидилинозитол-4,5-бисфосфат) под действието на ензима фосфолипаза С. IP 3 се свързва със специфични центрове на протомери на Ca 2+ канала на мембраната на ендоплазмения ретикулум. Конформацията на протеина се променя и каналът се отваря - Ca 2 + навлиза в цитозола на клетката по концентрационния градиент

2. Активен транспорт. първично активентранспортът протича срещу концентрационния градиент с изразходването на енергия на АТФ с участието на транспортни АТФази, например Na +, K + -АТФаза, Н + -АТФаза, Ca 2 + -АТФаза (фиг. 4.8). Н + -АТФазите функционират като протонни помпи, които създават кисела среда в лизозомите на клетката. С помощта на Ca 2+ -ATPase на цитоплазмената мембрана и мембраната на ендоплазмения ретикулум се поддържа ниска концентрация на калций в цитозола на клетката и се създава вътреклетъчно депо на Ca 2+ в митохондриите и ендоплазмата. ретикулум.

вторично активентранспортът възниква поради концентрационния градиент на едно от транспортираните вещества (фиг. 4.9), което най-често се създава от Na +, K + -АТФаза, която функционира с консумацията на АТФ.

Прикрепването на вещество с по-висока концентрация към активния център на протеина носител променя неговата конформация и увеличава афинитета към съединението, което преминава в клетката срещу концентрационния градиент. Има два вида вторичен активен транспорт: активен симпорти антипорт.

Ориз. 4.8. Механизмът на функциониране на Ca 2 + -ATPase

Ориз. 4.9. вторичен активен транспорт

3. Пренос на макромолекули и частици с участието на мембрани - ендоцитоза и екзоцитоза.

Трансферът от извънклетъчната среда в клетката на макромолекули, като протеини, нуклеинови киселини, полизахариди или дори по-големи частици, става чрез ендоцитоза.Свързването на вещества или високомолекулни комплекси става в определени области на плазмената мембрана, които се наричат облицовани ями.Ендоцитозата, която протича с участието на рецептори, вградени в оградените вдлъбнатини, позволява на клетките да абсорбират специфични вещества и се нарича рецептор-зависима ендоцитоза.

Макромолекули, като пептидни хормони, храносмилателни ензими, извънклетъчни матрични протеини, липопротеинови комплекси, се секретират в кръвта или междуклетъчното пространство от екзоцитоза.Този начин на транспортиране позволява да се отстранят от клетката вещества, които се натрупват в секреторни гранули. В повечето случаи екзоцитозата се регулира чрез промяна на концентрацията на калциеви йони в цитоплазмата на клетките.

ТЕМА 4.3. ТРАНСМЕМБРАННА СИГНАЛИЗАЦИЯ

Важно свойство на мембраните е способността да възприемат и предават сигнали от околната среда вътре в клетката. Възприемането от клетки на външни сигнали възниква, когато те взаимодействат с рецептори, разположени в мембраната на целевите клетки. Рецепторите, като прикрепят сигнална молекула, активират вътреклетъчните пътища за пренос на информация, което води до промяна в скоростта на различни метаболитни процеси.

1. Сигнална молекула,който взаимодейства специфично с мембранен рецептор първичен пратеник.Различни химични съединения действат като първични посланици - хормони, невротрансмитери, ейкозаноиди, растежни фактори или физически фактори, като например квант светлина. Рецепторите на клетъчната мембрана, активирани от първичните пратеници, предават получената информация на система от протеини и ензими, които образуват каскада за предаване на сигнал,осигурявайки усилване на сигнала няколкостотин пъти. Времето за реакция на клетката, което се състои в активиране или инактивиране на метаболитни процеси, мускулна контракция, транспортиране на вещества от целевите клетки, може да бъде няколко минути.

Мембрана рецепториподразделени на:

Рецептори, съдържащи субединица, която свързва първичния месинджър и йонен канал;

Рецептори, способни да проявяват каталитична активност;

Рецептори, които с помощта на G-протеини активират образуването на вторични (вътреклетъчни) посланици, които предават сигнал към специфични протеини и ензими на цитозола (фиг. 4.10).

Вторичните пратеници имат малко молекулно тегло, дифундират с висока скорост в цитозола на клетката, променят активността на съответните протеини и след това бързо се разделят или се отстраняват от цитозола.

Ориз. 4.10. Рецептори, разположени в мембраната.

Мембранните рецептори могат да бъдат разделени на три групи. Рецептори: 1 - съдържащ субединица, която свързва сигналната молекула и йонния канал, например ацетилхолиновия рецептор на постсинаптичната мембрана; 2 - проявяване на каталитична активност след добавяне на сигнална молекула, например инсулинов рецептор; 3, 4 - предаване на сигнал към ензима аденилатциклаза (АС) или фосфолипаза С (PLS) с участието на мембранни G-протеини, например различни видове рецептори за адреналин, ацетилхолин и други сигнални молекули

Роля вторични пратенициизвършват молекули и йони:

CAMP (цикличен аденозин-3,5"-монофосфат);

CGMP (цикличен гуанозин-3,5"-монофосфат);

IP 3 (инозитол-1,4,5-трифосфат);

DAG (диацилглицерол);

Има хормони (стероидни и тиреоидни), които, преминавайки през липидния двоен слой, влезте в клеткатаи си взаимодействат с вътреклетъчни рецептори.Физиологично важна разлика между мембранните и вътреклетъчните рецептори е скоростта на отговор на входящ сигнал. В първия случай ефектът ще бъде бърз и краткотраен, във втория - бавен, но дълготраен.

G-протеин свързани рецептори

Взаимодействието на хормоните с рецепторите, свързани с G-протеин, води до активиране на инозитол фосфатната сигнална трансдукционна система или промени в активността на регулаторната система на аденилат циклазата.

2. Аденилатциклазна системавключва (фиг. 4.11):

- интегралнапротеини на цитоплазмената мембрана:

Rs - рецептор на първичния месинджър - активатор на аденилатциклазната система (ACS);

R; - рецептор на първичния месинджър - ACS инхибитор;

Ензимът аденилат циклаза (АС).

- "закотвен"протеини:

G s - GTP-свързващ протеин, състоящ се от α, βγ-субединици, в които (α, -субединица е свързана с молекулата на GDP;

Ориз. 4.11. Функциониране на аденилатциклазната система

G; - GTP-свързващ протеин, състоящ се от αβγ-субединици, в които a; -субединица е свързана с молекулата на БВП; - цитозоленензим протеин киназа А (PKA).

Последователност от събития на трансдукция на първичен месинджър сигнал от аденилатциклазната система

Рецепторът има места за свързване на първичния месинджър на външната повърхност на мембраната и G-протеин (α,βγ-GDP) на вътрешната повърхност на мембраната. Взаимодействието на активатор на аденилатциклазната система, като хормон с рецептор (Rs), води до промяна в конформацията на рецептора. Повишава се афинитетът на рецептора към G..-протеина. Прикрепването на хормон-рецепторния комплекс към GS-GDP намалява афинитета на α,-субединицата на G..-протеина към GDP и повишава афинитета към GTP. В активното място на α,-субединицата GDP се заменя с GTP. Това причинява промяна в конформацията на α субединицата и намаляване на нейния афинитет към βγ субединиците. Отделената субединица α,-GTP се придвижва странично в липидния слой на мембраната към ензима аденилат циклаза.

Взаимодействието на α,-GTP с регулаторния център на аденилатциклазата променя конформацията на ензима, води до неговото активиране и увеличаване на скоростта на образуване на втория посредник - цикличен аденозин-3,5'-монофосфат (cAMP) от ATP. Концентрацията на сАМР се увеличава в клетката. Молекулите сАМР могат обратимо да се свързват с регулаторните субединици на протеин киназа А (PKA), която се състои от две регулаторни (R) и две каталитични (C) субединици - (R 2 C 2). Комплекс R 2 C 2 не притежава ензимна активност. Прикрепването на сАМР към регулаторните субединици причинява промяна в тяхната конформация и загуба на комплементарност към С-субединиците. Каталитичните субединици придобиват ензимна активност.

Активната протеин киназа А, с помощта на АТФ, фосфорилира специфични протеини при серинови и треонинови остатъци. Фосфорилирането на протеини и ензими повишава или намалява тяхната активност, следователно скоростта на метаболитните процеси, в които те участват, се променя.

Активирането на сигналната молекула на R рецептора стимулира функционирането на Gj-протеина, което протича по същите правила, както при G..-протеина. Но когато α i -GTP субединицата взаимодейства с аденилат циклазата, активността на ензима намалява.

Инактивиране на аденилат циклаза и протеин киназа А

α,-субединица в комплекс с GTP, когато взаимодейства с аденилатциклаза, започва да проявява ензимна (GTP-фосфатазна) активност, хидролизира GTP. Получената GDP молекула остава в активния център на α, субединицата, променя своята конформация и намалява афинитета си към AC. Комплексът от AC и α,-GDP дисоциира, α,-GDP е включен в G..-протеина. Отделянето на α,-GDP от аденилат циклазата инактивира ензима и спира синтеза на cAMP.

Фосфодиестераза- "закотвен" ензим на цитоплазмената мембрана хидролизира предварително образуваните cAMP молекули до AMP. Намаляването на концентрацията на cAMP в клетката причинява разцепване на cAMP 4 K "2 комплекса и повишава афинитета на R- и C-субединиците и се образува неактивна форма на PKA.

Фосфорилирани ензими и протеини фосфопротеин фосфатазапреминават в дефосфорилирана форма, тяхната конформация, активност и скорост на процесите, в които участват тези ензими, се променят. В резултат на това системата се връща в първоначалното си състояние и е готова да се активира отново, когато хормонът взаимодейства с рецептора. По този начин се осигурява съответствието на съдържанието на хормона в кръвта и интензивността на реакцията на целевите клетки.

3. Участие на аденилатциклазната система в регулацията на генната експресия.Много протеинови хормони: глюкагон, вазопресин, паратироиден хормон и др., Които предават своя сигнал през аденилатциклазната система, могат не само да предизвикат промяна в скоростта на реакциите чрез фосфорилиране на ензими, които вече присъстват в клетката, но също така да увеличат или намалят техния брой чрез регулиране на генната експресия (фиг. 4.12). Активната протеин киназа А може да премине в ядрото и да фосфорилира транскрипционен фактор (CREB). Присъединяване на фосфор

Ориз. 4.12. Аденилатциклазен път, водещ до експресията на специфични гени

Остатъкът повишава афинитета на транскрипционния фактор (CREB-(P) към специфичната последователност на ДНК-CRE регулаторната зона (cAMP-response element) и стимулира експресията на определени протеинови гени.

Синтезираните протеини могат да бъдат ензими, увеличаването на количеството на които увеличава скоростта на реакциите на метаболитните процеси, или мембранни носители, които осигуряват влизането или излизането от клетката на определени йони, вода или други вещества.

Ориз. 4.13. Инозитол фосфатна система

Работата на системата се осигурява от протеини: калмодулин, ензим протеин киназа С, Ca 2 + -калмодулин-зависими протеин кинази, регулирани Ca 2 + канали на мембраната на ендоплазмения ретикулум, Ca 2 + -ATPase на клетъчни и митохондриални мембрани .

Последователност от събития на трансдукция на първичен месинджър сигнал от инозитол фосфатната система

Свързването на активатора на инозитол фосфатната система към рецептора (R) води до промяна в неговата конформация. Афинитетът на рецептора към Gfls протеина се увеличава. Прикрепването на първичния месинджър-рецепторен комплекс към Gf ​​ls-GDP намалява афинитета на af ls-субединица към GDP и увеличава афинитета към GTP. В активното място субединицата af ls на БВП се заменя с GTP. Това причинява промяна в конформацията на af ls субединицата и намаляване на афинитета към βγ субединици и настъпва дисоциация на Gf ls протеина. Отделената субединица af ls-GTP се движи странично през мембраната към ензима фосфолипаза С.

Взаимодействието на aphls-GTP с мястото на свързване на фосфолипаза С променя конформацията и активността на ензима, повишава скоростта на хидролиза на фосфолипида на клетъчната мембрана, фосфатидилинозитол-4,5-бифосфат (FIF 2) (фиг. 4.14).

Ориз. 4.14. Хидролиза на фосфатидилинозитол-4,5-бисфосфат (FIF 2)

По време на реакцията се образуват два продукта - вторични носители на хормоналния сигнал (вторични вестители): диацилглицерол, който остава в мембраната и участва в активирането на ензима протеин киназа С, и инозитол-1,4,5-трифосфат (IF 3), който, като хидрофилно съединение, преминава в цитозола. По този начин сигналът, получен от клетъчния рецептор, е раздвоен. IP 3 се свързва със специфични центрове на Ca 2+ канала на мембраната на ендоплазмения ретикулум (E), което води до промяна в протеиновата конформация и отваряне на Ca 2+ канала. Тъй като концентрацията на калций в ER е около 3-4 порядъка по-висока, отколкото в цитозола, след отварянето на Ca 2+ канала, той навлиза в цитозола по концентрационния градиент. При липса на IF 3 в цитозола каналът е затворен.

Цитозолът на всички клетки съдържа малък протеин, наречен калмодулин, който има четири Ca 2+ места за свързване. С увеличаване на концентрацията

калций, той активно се свързва с калмодулин, образувайки комплекс 4Са 2+ -калмодулин. Този комплекс взаимодейства с Ca 2+ -калмодулин-зависими протеин кинази и други ензими и повишава тяхната активност. Активираната Ca 2+-калмодулин-зависима протеин киназа фосфорилира определени протеини и ензими, в резултат на което се променя тяхната активност и скоростта на метаболитните процеси, в които участват.

Увеличаването на концентрацията на Ca 2+ в цитозола на клетката увеличава скоростта на взаимодействие на Ca 2+ с неактивен цитозолен ензим протеин киназа С (PKC).Свързването на PKC с калциевите йони стимулира движението на протеина към плазмената мембрана и позволява на ензима да взаимодейства с отрицателно заредените "глави" на молекулите на мембранния фосфатидилсерин (PS). Диацилглицеролът, заемайки специфични места в протеин киназа С, допълнително повишава афинитета си към калциевите йони. От вътрешната страна на мембраната се образува активна форма на PKC (PKC? Ca2+? PS? DAG), която фосфорилира специфични ензими.

Активирането на IF системата е краткотрайно и след като клетката отговори на стимула, фосфолипаза С, протеин киназа С и Са2+-калмодулин-зависимите ензими се инактивират. af ls - Субединицата в комплекс с GTP и фосфолипаза С проявява ензимна (GTP-фосфатазна) активност, хидролизира GTP. Свързаната с GDP af ls субединица губи своя афинитет към фосфолипаза С и се връща в първоначалното си неактивно състояние, т.е. е включен в αβγ-GDP комплекса Gf ls-протеин).

Отделянето на af ls-GDF от фосфолипаза С инактивира ензима и хидролизата на FIF 2 спира. Увеличаването на концентрацията на Ca 2+ в цитозола активира Ca 2+ -ATPase на ендоплазмения ретикулум, цитоплазмената мембрана, която "изпомпва" Ca 2 + от цитозола на клетката. В този процес участват и Na+/Ca 2+- и H+/Ca 2+-носители, които функционират на принципа на активния антипорт. Намаляването на концентрацията на Ca 2+ води до дисоциация и инактивиране на Ca 2+ -калмодулин-зависимите ензими, както и загуба на афинитета на протеин киназа С към мембранните липиди и намаляване на нейната активност.

IP 3 и DAG, образувани в резултат на активиране на системата, могат отново да взаимодействат помежду си и да се превърнат във фосфатидилинозитол-4,5-бисфосфат.

Фосфорилираните ензими и протеини под действието на фосфопротеин фосфатаза се превръщат в дефосфорилирана форма, тяхната конформация и активност се променят.

5. Каталитични рецептори.Каталитичните рецептори са ензими. Активаторите на тези ензими могат да бъдат хормони, растежни фактори, цитокини. В активна форма рецепторните ензими фосфорилират специфични протеини при -ОН групите на тирозина, поради което се наричат ​​тирозин протеин кинази (фиг. 4.15). Чрез специални механизми сигналът, получен от каталитичния рецептор, може да бъде предаден до ядрото, където стимулира или потиска експресията на определени гени.

Ориз. 4.15. Активиране на инсулиновия рецептор.

Фосфопротеин фосфатазата дефосфорилира специфични фосфопротеини.

Фосфодиестеразата превръща cAMP в AMP и cGMP в GMP.

GLUT 4 - преносители на глюкоза в инсулинозависимите тъкани.

Тирозин протеин фосфатазата дефосфорилира β-субединицата на рецептора

инсулин

Пример за каталитичен рецептор е инсулинов рецептор,който се състои от две а- и две β-субединици. a-субединиците са разположени на външната повърхност на клетъчната мембрана, β-субединиците проникват в двуслойната мембрана. Мястото на свързване на инсулина се образува от N-терминалните домени на α-субединиците. Каталитичният център на рецептора е разположен върху вътреклетъчните домени на β-субединиците. Цитозолната част на рецептора има няколко тирозинови остатъка, които могат да бъдат фосфорилирани и дефосфорилирани.

Прикрепването на инсулин към мястото на свързване, образувано от a-субединици, причинява кооперативни конформационни промени в рецептора. β-субединиците проявяват тирозин киназна активност и катализират трансавтофосфорилирането (първата β-субединица фосфорилира втората β-субединица и обратно) при няколко тирозинови остатъка. Фосфорилирането води до промяна в заряда, конформацията и субстратната специфичност на ензима (Tyr-PA). Тирозин-PK фосфорилира определени клетъчни протеини, които се наричат ​​инсулинови рецепторни субстрати. На свой ред тези протеини участват в активирането на каскада от реакции на фосфорилиране:

фосфопротеин фосфатаза(FPF), който дефосфорилира специфични фосфопротеини;

фосфодиестераза,който превръща cAMP в AMP и cGMP в GMP;

ГЛУТ 4- носители на глюкоза в инсулинозависимите тъкани, поради което се увеличава усвояването на глюкоза в клетките на мускулите и мастната тъкан;

тирозин протеин фосфатазакойто дефосфорилира β-субединицата на инсулиновия рецептор;

ядрени регулаторни протеини, транскрипционни фактори,увеличаване или намаляване на генната експресия на определени ензими.

Изпълнение на ефекта растежни факториможе да се извърши с помощта на каталитични рецептори, които се състоят от единична полипептидна верига, но образуват димери при свързване на първичния месинджър. Всички рецептори от този тип имат извънклетъчен гликозилиран домен, трансмембрана (а-спирала) и цитоплазмен домен, способен да проявява активност на протеин киназа при активиране.

Димеризацията подпомага активирането на техните каталитични вътреклетъчни домени, които извършват трансавтофосфорилиране при аминокиселинните остатъци на серин, треонин или тирозин. Прикрепването на фосфорни остатъци води до образуване на места за свързване на специфични цитозолни протеини в рецептора и активиране на протеин киназната сигнална трансдукционна каскада (фиг. 4.16).

Последователността от събития на предаване на сигнали на първични посланици (растежни фактори) с участието на Ras- и Raf-протеини.

Свързването на рецептора (R) с растежния фактор (GF) води до неговата димеризация и трансавтофосфорилиране. Фосфорилираният рецептор придобива афинитет към Grb2 протеина. Образуваният FR*R*Grb2 комплекс взаимодейства с цитозолния SOS протеин. Промяна на SOS конформацията

осигурява неговото взаимодействие с закотвения Ras-GDF мембранен протеин. Образуването на комплекса FR?R?Grb2?SOS?Ras-GDP намалява афинитета на Ras протеина към GDP и повишава афинитета към GTP.

Заместването на GDP с GTP променя конформацията на Ras протеина, който се освобождава от комплекса и взаимодейства с Raf протеина в мембранната област. Комплексът Ras-GTP-Raf проявява активност на протеин киназа и фосфорилира ензима MEK киназа. Активираната MEK киназа на свой ред фосфорилира MAP киназата при треонин и тирозин.

Фиг.4.16. MAP киназна каскада.

Рецепторите от този тип имат епидермален растежен фактор (EGF), нервен растежен фактор (NGF) и други растежни фактори.

Grb2 - протеин, който взаимодейства с рецептора на растежния фактор (свързващ протеин на растежния рецептор); SOS (GEF) - обменен фактор GDP-GTP (обменен фактор на гуанин нуклеотид); Ras - G-протеин (гуанидин трифосфатаза); Raf-киназа - в активната си форма - фосфорилираща МЕК-киназа; МЕК киназа - MAP киназа киназа; MAP киназа - митоген-активирана протеин киназа (митоген-активирана протеин киназа)

Прикрепването на групата -PO 3 2 - към аминокиселинните радикали на MAP киназата променя нейния заряд, конформация и активност. Ензимът фосфорилира специфични протеини на мембраните, цитозола и ядрото за серин и треонин.

Промените в активността на тези протеини засягат скоростта на метаболитните процеси, функционирането на мембранните транслокази и митотичната активност на целевите клетки.

Рецептори с гуанилатциклазна активностсе наричат ​​също каталитични рецептори. Гуанилат циклазакатализира образуването на cGMP от GTP, който е един от важните посланици (медиатори) на вътреклетъчното предаване на сигнала (фиг. 4.17).

Ориз. 4.17. Регулиране на активността на мембранната гуанилат циклаза.

Мембранно свързаната гуанилат циклаза (GC) е трансмембранен гликопротеин. Свързващият център на сигналната молекула е разположен в извънклетъчния домен, вътреклетъчният домен на гуанилат циклазата проявява каталитична активност в резултат на активиране

Прикрепването на първичния посредник към рецептора активира гуанилат циклазата, която катализира превръщането на GTP в цикличен гуанозин-3,5'-монофосфат (cGMP), вторият посредник. Концентрацията на cGMP се повишава в клетката. cGMP молекулите могат обратимо да се прикрепят към регулаторните центрове на протеин киназа G (PKG5), която се състои от две субединици. Четири молекули cGMP променят конформацията и активността на ензима. Активната протеин киназа G катализира фосфорилирането на определени протеини и ензими в клетъчния цитозол. Един от основните посланици на протеин киназа G е предсърдният натриуретичен фактор (ANF), който регулира хомеостазата на течностите в тялото.

6. Предаване на сигнал чрез вътреклетъчни рецептори.Химически хидрофобните хормони (стероидни хормони и тироксин) могат да дифундират през мембраните, така че техните рецептори се намират в цитозола или клетъчното ядро.

Цитозолните рецептори са свързани с протеин шаперон, който предотвратява преждевременното активиране на рецептора. Ядрените и цитозолните рецептори за стероидни и тиреоидни хормони съдържат ДНК-свързващ домен, който осигурява взаимодействието на хормон-рецепторния комплекс с регулаторните области на ДНК в ядрото и промените в скоростта на транскрипция.

Последователност от събития, водещи до промяна в скоростта на транскрипция

Хормонът преминава през липидния двоен слой на клетъчната мембрана. В цитозола или ядрото хормонът взаимодейства с рецептора. Комплексът хормон-рецептор преминава в ядрото и се прикрепя към регулаторната нуклеотидна последователност на ДНК - подобрител(фиг. 4.18) или заглушител.Наличността на промотора за РНК полимераза се увеличава при взаимодействие с усилвател или намалява при взаимодействие със заглушител. Съответно скоростта на транскрипция на определени структурни гени се увеличава или намалява. Зрелите тРНК се освобождават от ядрото. Скоростта на транслация на определени протеини се увеличава или намалява. Променя се количеството протеини, които влияят върху метаболизма и функционалното състояние на клетката.

Във всяка клетка има рецептори, включени в различни сигнални преобразувателни системи, които преобразуват всички външни сигнали във вътреклетъчни. Броят на рецепторите за определен първи пратеник може да варира от 500 до над 100 000 на клетка. Те са разположени на мембраната отдалечено една от друга или са концентрирани в определени области от нея.

Ориз. 4.18. Предаване на сигнал до вътреклетъчни рецептори

б) от таблицата изберете липидите, участващи в:

1. Активиране на протеин киназа С

2. Реакции на образуване на DAG под действието на фосфолипаза С

3. Образуване на миелиновите обвивки на нервните влакна

в) напишете реакцията на хидролиза на липида, който сте избрали в параграф 2;

г) посочете кой от продуктите на хидролиза участва в регулирането на Ca 2 + канала на ендоплазмения ретикулум.

2. Избери верния отговор.

Конформационната лабилност на протеините носители може да бъде повлияна от:

Б. Промяна в електрическия потенциал през мембраната

B. Прикрепване на специфични молекули D. Състав на мастни киселини на двуслойни липиди E. Количество транспортирано вещество

3. Задайте съвпадение:

A. ER калциев канал B. Ca 2 +-ATPase

D. Ka +-зависим носител Ca 2 + D. N +, K + -ATPase

1. Пренася Na+ по концентрационния градиент

2. Действа по механизма на улеснена дифузия

3. Пренася Na+ срещу концентрационния градиент

4. Прехвърлете масата. 4.2. тетрадка и я попълнете.

Таблица 4.2. Аденилат циклаза и инозитол фосфатни системи

Структура и етапи на работа	Аденилатциклазна система	Инозитол фосфатна система
Пример за първичен месинджър на системата
Интегрален протеин на клетъчната мембрана, взаимодействащ комплементарно с първичния носител
Сигнален ензимен активиращ протеин
Ензимна система, образуваща вторичен(и) вестител(и)
Вторичен месинджър(и) на системата
Цитозолен (e) ензим (и) на системата, взаимодействащ (e) с втори пратеник
Механизмът на регулиране (в тази система) на активността на ензимите на метаболитните пътища
Механизми за намаляване на концентрацията на вторични посредници в таргетната клетка
Причината за намаляване на активността на мембранния ензим на сигналната система

ЗАДАЧИ ЗА САМОКОНТРОЛ

1. Задайте съвпадение:

А. Пасивен симпорт Б. Пасивен антипорт

B. Ендоцитоза D. Екзоцитоза

D. Първичен активен транспорт

1. Транспортирането на вещество в клетката става заедно с част от плазмената мембрана

2. Едновременно две различни вещества преминават в клетката по концентрационния градиент

3. Преносът на вещества протича срещу концентрационния градиент

2. Изберете верният отговор.

аг-GTP-свързаната G-протеинова субединица активира:

А. Рецептор

Б. Протеин киназа А

B. Фосфодиестераза D. Аденилат циклаза E. Протеин киназа C

3. Задайте съвпадение.

функция:

A. Регулира активността на каталитичния рецептор B. Активира фосфолипаза C

Б. Превръща протеин киназа А в активната й форма

D. Повишава концентрацията на Ca 2+ в цитозола на клетката E. Активира протеин киназа C

Втори пратеник:

4. Задайте съвпадение.

Функциониране:

A. Възможност за странична дифузия в двуслойната мембрана

Б. В комбинация с първичния месинджър, той се присъединява към усилвателя

B. Показва ензимна активност при взаимодействие с първичния носител

G. Може да взаимодейства с G-протеин

D. Взаимодейства с фосфолипаза С по време на предаване на сигнала Рецептор:

1. Инсулин

2. Адреналин

3. Стероиден хормон

5. Изпълнете задачата "верига":

а) пептидните хормони взаимодействат с рецепторите:

А. В цитозола на клетката

B. Интегрални протеини на мембраните на прицелните клетки

Б. В клетъчното ядро

G. Ковалентно свързан с FIF 2

б) взаимодействието на такъв рецептор с хормон води до повишаване на концентрацията в клетката:

А. Хормон

Б. Междинни метаболити

B. Втори посредници D. Ядрени протеини

в) тези молекули могат да бъдат:

A. TAG B. GTP

B. FIF 2 D. cAMP

G) те активират:

А. Аденилатциклаза

B. Ca 2+ -зависим калмодулин

B. Протеин киназа A D. Фосфолипаза C

д) този ензим променя скоростта на метаболитните процеси в клетката чрез:

A. Повишаване на концентрацията на Ca 2 + в цитозола B. Фосфорилиране на регулаторни ензими

B. Активиране на протеинфосфатаза

D. Промени в експресията на регулаторни протеинови гени

6. Изпълнете задачата "верига":

а) прикрепването на растежен фактор (GF) към рецептора (R) води до:

А. Промени в локализацията на FR-R комплекса

Б. Димеризация и трансавтофосфорилиране на рецептора

B. Промяна в конформацията на рецептора и прикрепването към Gs протеина D. Движение на FR-R комплекса

б) такива промени в структурата на рецептора повишават неговия афинитет към повърхностния протеин на мембраната:

B. Raf G. Grb2

в) това взаимодействие увеличава вероятността от прикрепване към цитозолния протеинов комплекс:

А. Калмодулина Б. Рас

B. PCS D. SOS

G) което увеличава комплементарността на комплекса към "закотвения" протеин:

д) промяната в конформацията на "закотвения" протеин намалява неговия афинитет към:

A. cAMP B. GTP

B. GDF G. ATP

д) това вещество се заменя с:

A. GDF B. AMP

B. cGMP D. GTP

и) добавянето на нуклеотид насърчава взаимодействието на "закотвения" протеин с:

A. PKA B. Калмодулин

з) Този протеин е част от комплекс, който фосфорилира:

A. MEK киназа B. Протеин киназа C

B. Протеин киназа A D. MAP киназа

и) Този ензим от своя страна активира:

A. MEK киназа B. Протеин киназа G

B. Raf протеин D. MAP киназа

й) протеиновото фосфорилиране повишава неговия афинитет към:

A. SOS и Raf протеини B. Ядрени регулаторни протеини B. Калмодулин D. Ядрени рецептори

k) активирането на тези протеини води до:

А. Дефосфорилиране на GTP в активния център на Ras протеина Б. Намален афинитет на рецептора към растежния фактор

B. Увеличаване на скоростта на биосинтеза на матрицата D. Дисоциация на SOS-Grb2 комплекса

м) в резултат на това:

A. SOS протеинът се освобождава от рецептора

Б. Настъпва дисоциация на рецепторни протомери (R).

B. Ras протеинът се отделя от Raf протеина

Г. Повишава се пролиферативната активност на таргетната клетка.

СТАНДАРТИ НА ОТГОВОРИ НА „ЗАДАЧИ ЗА САМОКОНТРОЛ“

1. 1-Б, 2-А, 3-Г

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

4. 1-C, 2-D, 3-B

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

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

ОСНОВНИ ТЕРМИНИ И ПОНЯТИЯ

1. Устройство и функции на мембраните

2. Транспорт на вещества през мембрани

3. Структурни особености на мембранните протеини

4. Трансмембранни сигнални трансдукционни системи (аденилат циклаза, инозитол фосфат, гуанилат циклаза, каталитични и вътреклетъчни рецептори)

5. Първични посланици

6. Вторични пратеници (посредници)

ЗАДАЧИ ЗА АУДИТОРНА РАБОТА

1. Вижте фиг. 4.19 и изпълнете следните задачи:

а) назоваване на вида транспорт;

б) задайте реда на събитията:

А. Cl - напуска клетката по концентрационния градиент

Б. Протеин киназа А фосфорилира R-субединицата на канала

Б. Промени в конформацията на R-субединица

D. Настъпват кооперативни конформационни промени в мембранния протеин

D. Аденилатциклазната система е активирана

Ориз. 4.19. Функциониране на С1 - канала на чревния ендотел.

R е регулаторен протеин, който се превръща във фосфорилирана форма чрез действието на протеин киназа A (PKA)

в) сравнете функционирането на Ca 2+ канала на мембраната на ендоплазмения ретикулум и Cl - канала на чревната ендотелна клетка, като попълните таблицата. 4.3.

Таблица 4.3. Начини за регулиране на функционирането на каналите

Решавам проблеми

1. Съкращението на сърдечния мускул активира Ca 2 +, чието съдържание в цитозола на клетката се увеличава поради функционирането на cAMP-зависимите носители на цитоплазмената мембрана. От своя страна концентрацията на cAMP в клетките се регулира от две сигнални молекули - адреналин и ацетилхолин. Освен това е известно, че адреналинът, взаимодействайки с β2-адренергичните рецептори, повишава концентрацията на сАМР в миокардните клетки и стимулира сърдечния дебит, а ацетилхолинът, взаимодействайки с М2-холинергичните рецептори, намалява нивото на сАМР и контрактилитета на миокарда. Обяснете защо два първични посланика, използвайки една и съща система за сигнална трансдукция, предизвикват различен клетъчен отговор. За това:

а) представя схемата на сигнална трансдукция за адреналин и ацетилхолин;

b) посочват разликата в сигналните каскади на тези пратеници.

2. Ацетилхолинът, взаимодействайки с М3-холинергичните рецептори на слюнчените жлези, стимулира освобождаването на Ca 2+ от ER. Увеличаването на концентрацията на Ca 2+ в цитозола осигурява екзоцитоза на секреторни гранули и освобождаване на електролити и малко количество протеини в слюнчените канали. Обяснете как се регулират Ca 2+ каналите на ER. За това:

а) назовете втория месинджър, осигуряващ отваряне на ER Ca 2+ канали;

б) напишете реакцията за образуване на втори посланик;

в) представя схемата на трансмембранна сигнална трансдукция на ацетилхолин, по време на чието активиране регулаторният лиганд Ca 2+ -can-

3. Изследователите на инсулинов рецептор са идентифицирали значителна промяна в гена за протеин, един от субстратите на инсулиновия рецептор. Как нарушаването на структурата на този протеин ще повлияе на функционирането на инсулиновата сигнална система? За да отговорите на въпрос:

а) дайте диаграма на трансмембранното сигнализиране на инсулина;

б) назовете протеините и ензимите, които активират инсулина в прицелните клетки, посочете тяхната функция.

4. Ras протеинът е "закотвен" протеин в цитоплазмената мембрана. Функцията на "котвата" се изпълнява от 15-въглеродния остатък на фарнезил H 3 C-(CH 3) C \u003d CH-CH 2 - [CH 2 - (CH 3) C \u003d CH-CH 2 ] 2 -, който е прикрепен към протеина чрез ензима фарнезилтрансфераза по време на пост-транслационна модификация. В момента инхибиторите на този ензим са подложени на клинични изпитвания.

Защо употребата на тези лекарства нарушава сигналната трансдукция на растежния фактор? За отговор:

а) представя схемата на сигнална трансдукция, включваща Ras протеини;

б) обяснете функцията на Ras протеините и последствията от тяхното неуспешно ацилиране;

в) познайте за лечение на какви заболявания са разработени тези лекарства.

5. Стероидният хормон калцитриол активира усвояването на хранителния калций чрез увеличаване на количеството на Ca 2+ протеини носители в чревните клетки. Обяснете механизма на действие на калцитриол. За това:

а) дайте обща схема на сигнална трансдукция на стероидни хормони и опишете нейното функциониране;

б) назовете процеса, който активира хормона в ядрото на целевата клетка;

в) посочете в коя матрична биосинтеза ще участват молекулите, синтезирани в ядрото, и къде се извършва.

I. Проникване на стероида (C) в клетката

II. Образуване на комплекса СР

Всички P стероидни хормони са глобуларни протеини с приблизително еднакъв размер, свързващи хормони с много висок афинитет.

III. Трансформация на SR във форма, способна да се свързва с ядрени акцептори [SR]

Всяка клетка съдържа цялата генетична информация. Със специализацията на клетката обаче по-голямата част от ДНК е лишена от възможността да бъде матрица за синтеза на иРНК. Това се постига чрез нагъване на хистони около протеини, което води до инхибиране на транскрипцията. В тази връзка генетичният материал на клетката може да бъде разделен на 3 вида ДНК:

1.транскрипционно неактивен

2.постоянно изразен

3. индуцирани от хормони или други сигнални молекули.

IV. Свързване на [CP] с акцептора на хроматина

Трябва да се отбележи, че този етап на действие C не е напълно проучен и има редица спорни точки. Смята се, че [CP] взаимодейства със специфични региони на ДНК по такъв начин, че позволява на РНК полимеразата да влезе в контакт с определени ДНК домейни.

Интересен е опитът, който показва, че полуживотът на иРНК се увеличава, когато се стимулира от хормон. Това води до много противоречия: става неясно ¾ увеличението на количеството на иРНК показва, че [SR] увеличава скоростта на транскрипция или увеличава полуживота на иРНК; в същото време увеличаването на полуживота на иРНК се обяснява с наличието на голям брой рибозоми в хормонално стимулираната клетка, които стабилизират иРНК, или с друго действие [SR], неизвестно за нас в момента .

v. Селективно иницииране на транскрипция на специфични иРНК; координиран синтез на tRNA и rRNA

Може да се предположи, че основният ефект на [SR] е разхлабването на кондензирания хроматин, което води до отваряне на достъп за молекулите на РНК полимеразата до него. Увеличаването на количеството иРНК води до увеличаване на синтеза на тРНК и рРНК.

VI.Първична обработка на РНК

VII.Транспорт на иРНК в цитоплазмата

VIII.протеинов синтез

IX.Посттранслационна протеинова модификация

Проучванията обаче показват, че това е основният, но не и единственият възможен механизъм на действие на хормоните. Например, андрогените и естрогените причиняват повишаване на сАМР в някои клетки, което предполага, че има и мембранни рецептори за стероидни хормони. Това показва, че стероидните хормони действат върху някои чувствителни клетки като водоразтворими хормони.

Вторични посредници

Пептидните хормони, амините и невротрансмитерите, за разлика от стероидите, са ¾ хидрофилни съединения и не могат лесно да проникнат през плазмената мембрана на клетката. Поради това те взаимодействат с мембранните рецептори, разположени на клетъчната повърхност. Взаимодействието хормон-рецептор инициира силно координирана биологична реакция, в която могат да участват много клетъчни компоненти, някои от които са разположени на значително разстояние от плазмената мембрана.

cAMP ¾ е първото съединение, което Съдърланд, който го открива, нарича „втори медиатор“, тъй като смята, че самият хормон е „първият медиатор“, причинявайки вътреклетъчния синтез на „втория медиатор“, който медиира биологичните ефект на първия.

Към днешна дата могат да бъдат посочени най-малко 3 вида вторични посредници: 1) циклични нуклеотиди (cAMP и cGMP); 2) Са йони и 3) метаболити на фосфатидилинозитол.

С помощта на такива системи малък брой хормонални молекули, свързвайки се с рецепторите, предизвикват производството на много по-голям брой вторични молекули-преносители, а последните от своя страна влияят на активността на още по-голям брой протеинови молекули. По този начин има прогресивно усилване на сигнала, което първоначално възниква, когато хормонът се свърже с рецептора.

CAMF

Опростено действието на хормона чрез сАМР може да бъде представено по следния начин:

1. хормон + стереоспецифичен рецептор

2. активиране на аденилат циклаза

3. образуване на сАМР

4. осигуряване на cAMP координиран отговор

Хормонална среда

Рецепторна мембрана

5'-cAMP 3',5'-cAMP ATP

Неактивна протеин киназа

Фосфодиестераза

Активна протеин киназа

Дефосфопротеин Фосфопротеин

Фосфопротеин фосфатаза

Биологичен ефект

Фиг. 1

1. Трябва да се отбележи, че рецепторите също са динамични структури. Това означава, че техният брой може да намалява или да се увеличава. Например при хора с повишено телесно тегло броят на инсулиновите рецептори намалява. Експериментите показват, че когато масата им се нормализира, се забелязва увеличаване на броя на рецепторите до нормално ниво. С други думи, с увеличаване или намаляване на концентрацията на инсулин настъпват реципрочни промени в концентрацията на рецепторите. Смята се, че този феномен може да предпази клетката от твърде интензивна стимулация с неадекватно високи нива на хормона.

2. Активирането на аденилат циклазата (А) също е регулиран процес. Преди това се смяташе, че хормонът (G), свързвайки се с рецептора (P), променя своята конформация, което води до активиране на А. Оказа се обаче, че А е алостеричен ензим, който се активира под действието на GTP. GTP носи специален протеин (трансдюсер) G. В тази връзка е приет модел, който описва не само активирането на А, но и прекратяването на този процес.

а) G + R + G HDF ® G R G + БВП

б) G R G + GTP ® G + R + G GTP

в) G GTP + A® cAMP + G БВП

По този начин хидролизата на GTP служи като сигнал за "изключване" на системата. За да рестартирате цикъла, GDP трябва да се отдели от G, което се случва, когато хормонът се свърже с P.

Няколко фактора имат инхибиторен ефект върху А и причиняват намаляване на концентрацията на сАМР. Примери за циклаза-стимулиращи агонисти са глюкагон, ADH, LH, FSH, TSH и ACTH. Инхибиторните фактори на циклазата включват опиоиди, соматостатин, ангиотензин II и ацетилхолин. Адреналинът може или да стимулира (чрез β-рецептори) или да инхибира (чрез α-рецептори) този ензим. Възниква въпросът как се осъществява двупосочното регулиране на А. Оказа се, че инхибиторната система включва триизмерен протеин, който е изключително подобен на горния G-протеин. Ефектът на Gi може да се опише по следния начин:

а) G + P + Gi GDF ® G R Gi + GDF

б) G R Gi + GTP ® G + P + Gi GTP

в) Gi GTP + A ® ¯cAMP + Gi БВП

След фосфорилиране на ензимни протеини в хода на описаните по-горе реакции (виж фиг. 1), тяхната конформация се променя. Следователно, конформацията на техния активен център също се променя, което води до тяхното активиране или инхибиране. Оказва се, че благодарение на вторичния месинджър cAMP в клетката се активира или инхибира действието на специфичните за нея ензими, което предизвиква определен биологичен ефект, характерен за тази клетка. В тази връзка, въпреки големия брой ензими, които действат чрез вторичния месинджър сАМР, в клетката възниква определен, специфичен отговор.