Οι υδρόφιλες ορμόνες, η δομή και οι βιολογικές τους λειτουργίες. Το ασβέστιο ως δεύτερος αγγελιοφόρος Ορμόνες δεύτεροι αγγελιοφόροι

Κατά τη σηματοδότηση σε ένα κύτταρο, οι κύριοι μεσολαβητές είναι χημικές ενώσεις ή φυσικοί παράγοντες (κβάντο φωτός) που μπορούν να ενεργοποιήσουν τον μηχανισμό μετάδοσης σήματος στο κύτταρο. Σε σχέση με το κύτταρο λήψης, οι κύριοι αγγελιοφόροι είναι εξωκυτταρικά σήματα. Θα πρέπει να σημειωθεί ότι τα μόρια που υπάρχουν σε αφθονία μέσα στο κύτταρο, αλλά κανονικά υπάρχουν σε πολύ χαμηλές συγκεντρώσεις στον μεσοκυττάριο χώρο (για παράδειγμα, το ATPyglutamate) μπορούν επίσης να λειτουργήσουν ως εξωκυτταρικά ερεθίσματα. Ανάλογα με τις λειτουργίες, οι κύριοι μεσάζοντες μπορούν να χωριστούν σε διάφορες ομάδες:

• κυτοκίνες

  νευροδιαβιβαστές

  αυξητικούς παράγοντες

  χημειοκίνες

Υποδοχείς – ειδικές πρωτεΐνες που παρέχουν στο κύτταρο ένα σήμα από τους κύριους αγγελιοφόρους. Για αυτές τις πρωτεΐνες, οι κύριοι αγγελιοφόροι είναι συνδέτες.

Για να διασφαλιστεί η λειτουργία του υποδοχέα, τα μόρια πρωτεΐνης πρέπει να πληρούν ορισμένες απαιτήσεις:

Διαθέτουν υψηλή εκλεκτικότητα συνδέτη.

Η κινητική της δέσμευσης συνδέτη θα πρέπει να περιγράφεται από μια καμπύλη με κορεσμό που αντιστοιχεί στην κατάσταση πλήρους χρήσης όλων των μορίων υποδοχέα, ο αριθμός των οποίων στη μεμβράνη είναι περιορισμένος.

Οι υποδοχείς πρέπει να έχουν εξειδίκευση ιστού, αντανακλώντας την παρουσία ή την απουσία αυτών των λειτουργιών στα κύτταρα του οργάνου-στόχου.

Η δέσμευση του συνδέτη και η κυτταρική του (φυσιολογική) επίδραση πρέπει να είναι αναστρέψιμη, οι παράμετροι συγγένειας πρέπει να αντιστοιχούν στις φυσιολογικές συγκεντρώσεις του συνδέτη.

Οι κυτταρικοί υποδοχείς χωρίζονται στις ακόλουθες κατηγορίες:

μεμβράνη

• υποδοχείς κινάσες τυροσίνης

  Υποδοχείς συζευγμένοι με πρωτεΐνη G

  κανάλια ιόντων

κυτταροπλασματική

Οι μεμβρανικοί υποδοχείς αναγνωρίζουν μεγάλα (π.χ. ινσουλίνη) ή υδρόφιλα (π.χ. αδρεναλίνη) σηματοδοτικά μόρια που δεν μπορούν να εισέλθουν από μόνα τους στο κύτταρο. Μικρά υδρόφοβα μόρια σηματοδότησης (για παράδειγμα, τριιωδοθυρονίνη, στεροειδείς ορμόνες, CO, NO) μπορούν να εισέλθουν στο κύτταρο με διάχυση. Οι υποδοχείς για τέτοιες ορμόνες είναι συνήθως διαλυτές κυτταροπλασματικές ή πυρηνικές πρωτεΐνες. Μετά τη δέσμευση του συνδέτη στον υποδοχέα, οι πληροφορίες σχετικά με αυτό το συμβάν μεταδίδονται περαιτέρω κατά μήκος της αλυσίδας και οδηγεί στο σχηματισμό μιας πρωτογενούς και δευτερογενούς κυτταρικής απόκρισης.

Μηχανισμοί ενεργοποίησης υποδοχέα. Εάν ένα εξωτερικό μόριο σήματος δρα στους υποδοχείς της κυτταρικής μεμβράνης και τους ενεργοποιεί, τότε οι τελευταίοι μεταδίδουν τις λαμβανόμενες πληροφορίες στο σύστημα των πρωτεϊνικών συστατικών της μεμβράνης, που ονομάζεται καταρράκτης μεταγωγής σήματος. Οι μεμβρανικές πρωτεΐνες του καταρράκτη μεταγωγής σήματος χωρίζονται σε:

πρωτεΐνες μετατροπέα που σχετίζονται με υποδοχέα

ενισχυτικά ένζυμα που σχετίζονται με πρωτεΐνες μετατροπέα (ενεργοποιούν δευτερογενείς ενδοκυτταρικούς αγγελιοφόρους που μεταφέρουν πληροφορίες στο κύτταρο).

Αυτός είναι ο τρόπος με τον οποίο δρουν οι συζευγμένοι με πρωτεΐνη G υποδοχείς. Άλλοι υποδοχείς (κανάλια ιόντων, υποδοχείς με δραστηριότητα πρωτεϊνικής κινάσης) χρησιμεύουν ως πολλαπλασιαστές.

4.3.2. Δευτερεύοντες μεσάζοντες

Πρόκειται για ουσίες χαμηλού μοριακού βάρους που σχηματίζονται ή απελευθερώνονται ως αποτέλεσμα της ενζυματικής δραστηριότητας ενός από τα συστατικά της αλυσίδας μεταγωγής σήματος και συμβάλλουν στην περαιτέρω μετάδοση και ενίσχυσή του. Οι δευτερεύοντες αγγελιοφόροι χαρακτηρίζονται από τις ακόλουθες ιδιότητες: έχουν μικρό μοριακό βάρος και διαχέονται με υψηλό ρυθμό στο κυτταρόπλασμα. διασπώνται γρήγορα και απομακρύνονται γρήγορα από το κυτταρόπλασμα. Οι δευτερεύοντες μεσάζοντες περιλαμβάνουν:

Ιόντα ασβεστίου (Ca2+);

κυκλική μονοφωσφορική αδενοσίνη (cAMP) και κυκλική μονοφωσφορική γουανοσίνη (cGMP)

τριφωσφορική ινοσιτόλη

λιπόφιλα μόρια (π.χ. διακυλογλυκερόλη).

μονοξείδιο του αζώτου (ΝΟ) (αυτό το μόριο δρα επίσης ως πρωτεύων αγγελιοφόρος που διεισδύει στο κύτταρο από το εξωτερικό).

Μερικές φορές τριτοταγείς μεσολαβητές σχηματίζονται επίσης στο κύτταρο. Έτσι, τα ιόντα Ca2+ συνήθως λειτουργούν ως δεύτερος αγγελιοφόρος, αλλά κατά τη μετάδοση σήματος με τη βοήθεια τριφωσφορικής ινοσιτόλης (δευτερογενής αγγελιοφόρος), τα ιόντα Ca2+ που απελευθερώνονται με τη συμμετοχή του από το EPR χρησιμεύουν ως τριτογενής μεσολαβητής.

Μηχανισμός μετάδοσης σήματοςπροϋποθέτει το ακόλουθο σχήμα:

Αλληλεπίδραση ενός εξωτερικού παράγοντα (ερέθισμα) με έναν κυτταρικό υποδοχέα,

Ενεργοποίηση ενός μορίου τελεστή που βρίσκεται στη μεμβράνη και είναι υπεύθυνο για τη δημιουργία δεύτερων αγγελιοφόρων,

Ο σχηματισμός δευτερευόντων διαμεσολαβητών,

Ενεργοποίηση από μεσολαβητές πρωτεϊνών-στόχων που προκαλεί τη δημιουργία των ακόλουθων μεσολαβητών:

Η εξαφάνιση του ενδιάμεσου.

Η σηματοδότηση κυψέλης (cell signaling) είναι μέρος ενός πολύπλοκου συστήματος επικοινωνίας που ελέγχει τις βασικές κυτταρικές διεργασίες και συντονίζει τις ενέργειες της κυψέλης. Η ικανότητα των κυττάρων να ανταποκρίνονται σωστά στις αλλαγές στο περιβάλλον τους (μικροπεριβάλλον) είναι η βάση για την ανάπτυξη, την επισκευή των ιστών, την ανοσία και το σύστημα διατήρησης της ομοιόστασης στο σύνολό της. Λάθη στα κυτταρικά συστήματα επεξεργασίας πληροφοριών μπορεί να οδηγήσουν σε καρκίνο, αυτοάνοσα νοσήματα και διαβήτη. Η κατανόηση των μηχανισμών μετάδοσης σήματος εντός των κυττάρων θα μπορούσε να οδηγήσει στην ανάπτυξη θεραπειών για ασθένειες, ακόμη και στη δημιουργία τεχνητών ιστών.

Παραδοσιακά, η βιολογική έρευνα έχει επικεντρωθεί στη μελέτη μεμονωμένων τμημάτων του συστήματος μεταγωγής σήματος. Η γνώση των στοιχείων των συστημάτων σηματοδότησης βοηθά στην κατανόηση της συνολικής δομής των συστημάτων σηματοδότησης κυψέλης και πώς οι αλλαγές σε αυτά μπορούν να επηρεάσουν τη μετάδοση και τη διαρροή πληροφοριών. Τα συστήματα μεταγωγής σήματος σε ένα κύτταρο είναι πολύπλοκα οργανωμένα σύμπλοκα και έχουν ιδιότητες όπως υπερευαισθησία και δισταθερότητα (η ικανότητα να βρίσκονται σε μία από τις δύο υπάρχουσες καταστάσεις). Η ανάλυση των συστημάτων μεταγωγής σήματος στην κυψέλη περιλαμβάνει έναν συνδυασμό πειραματικών και θεωρητικών μελετών, οι οποίες περιλαμβάνουν την ανάπτυξη και ανάλυση μοντέλων και προσομοιωτών.

Περίληψη. Αυτό το κεφάλαιο συζητά τα κύρια πρότυπα και προβλήματα της μοριακής βιολογίας στο παράδειγμα του φαινομένου του προγραμματισμένου κυτταρικού θανάτου (απόπτωση), των διακυτταρικών και ενδοκυτταρικών αλληλεπιδράσεων, τη χρήση μοριακών γενετικών δεικτών (χρησιμοποιώντας την αλυσιδωτή αντίδραση πολυμεράσης ως παράδειγμα) για θεμελιώδη και εφαρμοσμένα σκοποί.

Έλεγχος εργασιών

Προέλευση και εξέλιξη της απόπτωσης σε διάφορες ομάδες οργανισμών.

Χαρακτηρισμός και κύριοι τρόποι πρόκλησης των κύριων φάσεων της απόπτωσης.

Βασικοί μηχανισμοί ρύθμισης της απόπτωσης.

Παθολογίες που προκαλούνται από παραβιάσεις της διαδικασίας απόπτωσης.

Οι κύριοι τύποι μοριακών γενετικών δεικτών.

Ιστορία ανακάλυψης, μέθοδος αλυσιδωτής αντίδρασης πολυμεράσης.

Χαρακτηριστικά διεξαγωγής και εφαρμογής των κύριων τύπων PCR.

Σημασία μεταγωγής σήματος σε μεσοκυτταρικές και ενδοκυτταρικές αλληλεπιδράσεις.

Μηχανισμοί ενεργοποίησης πρωτεϊνών υποδοχέα.

Μηχανισμοί μετάδοσης σήματος κατά τη διακυτταρική αλληλεπίδραση.

Η απόκριση του κυττάρου στόχου στη δράση της ορμόνης σχηματίζεται με τη δημιουργία ενός συμπλέγματος ορμονικού υποδοχέα (GH), το οποίο οδηγεί στην ενεργοποίηση του ίδιου του υποδοχέα, ξεκινώντας την κυτταρική απόκριση. Η ορμόνη αδρεναλίνη, όταν αλληλεπιδρά με τον υποδοχέα, ανοίγει τα κανάλια της μεμβράνης και το Na + - το ρεύμα ιόντων εισόδου καθορίζει τη λειτουργία του κυττάρου. Ωστόσο, οι περισσότερες ορμόνες δεν ανοίγουν ή κλείνουν τα κανάλια της μεμβράνης μόνες τους, αλλά σε αλληλεπίδραση με την πρωτεΐνη G.

Ο μηχανισμός δράσης των ορμονών στα κύτταρα-στόχους σχετίζεται με τη χημική τους δομή:

■ Οι υδατοδιαλυτές ορμόνες - πρωτεΐνες και πολυπεπτίδια, καθώς και παράγωγα αμινοξέων - κατεχολαμίνες, αλληλεπιδρούν με τους υποδοχείς της κυτταρικής μεμβράνης-στόχου, σχηματίζοντας ένα σύμπλεγμα "υποδοχέα ορμόνης" (HR). Η εμφάνιση αυτού του συμπλέγματος οδηγεί στο σχηματισμό ενός δευτερεύοντος ή ενδοκυτταρικού αγγελιοφόρου (αγγελιοφόρος), με τον οποίο συνδέονται αλλαγές στη λειτουργία των κυττάρων. Ο αριθμός των υποδοχέων στην επιφάνεια της μεμβράνης του κυττάρου στόχου είναι περίπου 104-105.

■ Οι λιποδιαλυτές ορμόνες - στεροειδές - διέρχονται από τη μεμβράνη του κυττάρου στόχου και αλληλεπιδρούν με υποδοχείς πλάσματος, ο αριθμός των οποίων κυμαίνεται από 3000 έως 104, σχηματίζοντας ένα σύμπλεγμα GH, το οποίο στη συνέχεια εισέρχεται στην πυρηνική μεμβράνη. Οι στεροειδείς ορμόνες και τα παράγωγα του αμινοξέος τυροσίνη - θυροξίνη και τριιωδοθυρονίνη - διεισδύουν στην πυρηνική μεμβράνη και αλληλεπιδρούν με πυρηνικούς υποδοχείς που συνδέονται με ένα ή περισσότερα χρωμοσώματα, με αποτέλεσμα αλλαγές στη σύνθεση πρωτεϊνών στο κύτταρο στόχο.

Σύμφωνα με τις σύγχρονες αντιλήψεις, η δράση των ορμονών οφείλεται στη διέγερση ή την αναστολή της καταλυτικής λειτουργίας ορισμένων ενζύμων στα κύτταρα στόχους. Αυτό το αποτέλεσμα μπορεί να επιτευχθεί με δύο τρόπους:

■ η αλληλεπίδραση της ορμόνης με τους υποδοχείς στην επιφάνεια της κυτταρικής μεμβράνης και η εκτόξευση μιας αλυσίδας βιοχημικών μετασχηματισμών στη μεμβράνη και στο κυτταρόπλασμα.

■ διείσδυση της ορμόνης μέσω της μεμβράνης και δέσμευση σε κυτταροπλασματικούς υποδοχείς, μετά την οποία το σύμπλεγμα ορμόνης-υποδοχέα διεισδύει στον πυρήνα και τα οργανίδια του κυττάρου, όπου πραγματοποιεί τη ρυθμιστική του δράση συνθέτοντας νέα ένζυμα.

Η πρώτη οδός οδηγεί στην ενεργοποίηση των ενζύμων της μεμβράνης και στο σχηματισμό δεύτερων αγγελιοφόρων. Σήμερα, τέσσερα συστήματα δευτερευόντων αγγελιοφόρων είναι γνωστά:

■ αδενυλική κυκλάση - cAMP;

■ γουανυλική κυκλάση - cGMP;

■ φωσφολιπάση - τριφωσφορική ινοσιτόλη.

■ καλμοδουλίνη - ιονισμένο Ca 2+.

Ο δεύτερος τρόπος επηρεασμού των κυττάρων-στόχων είναι η συμπλοκοποίηση της ορμόνης με υποδοχείς που περιέχονται στον πυρήνα του κυττάρου, γεγονός που οδηγεί στην ενεργοποίηση ή αναστολή του γενετικού της μηχανισμού.

Υποδοχείς μεμβράνης και δεύτεροι αγγελιοφόροι (αγγελιοφόροι)

Οι ορμόνες, που συνδέονται με τους μεμβρανικούς υποδοχείς του κυττάρου στόχου, σχηματίζουν το σύμπλεγμα GH «ορμόνης - υποδοχέας» (βήμα 1) (Εικ. 6.3). Οι διαμορφωτικές αλλαγές στον υποδοχέα ενεργοποιούν τη διεγερτική G-πρωτεΐνη (ολοκληρωμένη με τον υποδοχέα), η οποία είναι ένα σύμπλεγμα τριών υπομονάδων (α-, β-, γ-) και διφωσφορικής γουανοσίνης (GDP). αντικατάσταση

ΠΙΝΑΚΑΣ 6.11.Σύντομη περιγραφή των ορμονών

Πού παράγονται οι ορμόνες		Όνομα ορμόνης		συντομογραφία	Επιδράσεις στα κύτταρα στόχους
υποθάλαμος		Ορμόνη απελευθέρωσης θυρεοτροπίνης			Διεγείρει την παραγωγή θυρεοτροπίνης από την αδενοϋπόφυση
υποθάλαμος		Ορμόνη απελευθέρωσης κορτικοτροπίνης			Διεγείρει την παραγωγή ACTH από την αδενοϋπόφυση
υποθάλαμος		Ορμόνη απελευθέρωσης γοναδοτροπίνης			Διεγείρει την παραγωγή ωχρινοτρόπων (LH) και ωοθυλακιοτρόπων ορμονών (FSP) από την αδενοϋπόφυση
υποθάλαμος		παράγοντας απελευθέρωσης αυξητικής ορμόνης			Διεγείρει την παραγωγή αυξητικής ορμόνης από την αδενοϋπόφυση
υποθάλαμος		σωματοστατίνη			Καταστέλλει την παραγωγή αυξητικής ορμόνης από την αδενοϋπόφυση
υποθάλαμος		Ανασταλτικός παράγοντας προλακτίνης (ντοπαμίνη)			Καταστέλλει την παραγωγή προλακτίνης από την αδενοϋπόφυση
υποθάλαμος		διεγερτικός παράγοντας προλακτίνης			Διεγείρει την παραγωγή προλακτίνης από την αδενοϋπόφυση
υποθάλαμος		ωκυτοκίνη			Διεγείρει την έκκριση γάλακτος, τις συσπάσεις της μήτρας
υποθάλαμος		Βαζοπρεσίνη - αντιδιουρητική ορμόνη			Διεγείρει την επαναρρόφηση νερού στον περιφερικό νεφρώνα
Πρόσθια υπόφυση		TSH, ή ορμόνη διέγερσης του θυρεοειδούς		TSH aboTSG	Διεγείρει τη σύνθεση και έκκριση θυροξίνης, τριιωδοθυρονίνης από τον θυρεοειδή αδένα
Πρόσθια υπόφυση					Διεγείρει την έκκριση γλυκοκορτικοειδών (κορτιζόλης) από τον φλοιό των επινεφριδίων
Πρόσθια υπόφυση		ωοθυλακιοτρόπος ορμόνης			Διεγείρει την ανάπτυξη των ωοθυλακίων και την έκκριση οιστρογόνων από τις ωοθήκες
Πρόσθια υπόφυση		ωχρινοτρόπος ορμόνης			Διεγείρει την ωορρηξία, το σχηματισμό του ωχρού σωματίου, καθώς και τη σύνθεση οιστρογόνων και προγεστερόνης από τις ωοθήκες
Πρόσθια υπόφυση		Αυξητική ορμόνη, ή αυξητική ορμόνη			Διεγείρει την πρωτεϊνοσύνθεση και τη συνολική ανάπτυξη
Πρόσθια υπόφυση		προλακτίνη			Διεγείρει την παραγωγή και έκκριση γάλακτος
Πρόσθια υπόφυση		β-λιποτροπίνη
Ενδιάμεση υπόφυση		Μελζνοτροπίνη			Διεγείρει τη σύνθεση μελανίνης σε ψάρια, αμφίβια, ερπετά (στον άνθρωπο διεγείρει την ανάπτυξη του σκελετού (οστεοποίηση των οστών), αυξάνει την ένταση του μεταβολισμού, την παραγωγή θερμότητας, αυξάνει τη χρήση πρωτεϊνών, λιπών, υδατανθράκων από τα κύτταρα, διεγείρει ο σχηματισμός νοητικών λειτουργιών μετά τη γέννηση ενός παιδιού
θυροειδής		L-θυροξίνη
		τριιωδοθυρονίνη
Φλοιός επινεφριδίων (δικτυωτή ζώνη)		ορμόνες του φύλου			Διεγείρει την παραγωγή διυδρογεπιανδροστερόνης και ανδροστενεδιόνης
Φλοιός επινεφριδίων (περιτοναϊκή ζώνη)		Γλυκοκορτικοειδή (κορτιζόλη)			Διεγείρει τη γλυκονεογένεση, αντιφλεγμονώδη δράση, καταστέλλει το ανοσοποιητικό σύστημα
Φλοιός επινεφριδίων (σπειραματική ζώνη)		αλδοστερόνη			Αυξάνει την επαναρρόφηση των ιόντων Na +, την έκκριση ιόντων K + στα σωληνάρια του νεφρώνα
εγκεφαλικός ουσία επινεφρίδια		Αδρεναλίνη, νορεπινεφρίνη			Ενεργοποίηση άλφα, βήτα-αδρενεργικών υποδοχέων
		οιστρογόνα			Ανάπτυξη και ανάπτυξη των γυναικείων γεννητικών οργάνων, πολλαπλασιαστική φάση του εμμηνορροϊκού κύκλου
		προγεστερόνη			Εκκριτική φάση του εμμηνορροϊκού κύκλου
		τεστοστερόνη			Σπερματογένεση, ανδρικά δευτερεύοντα σεξουαλικά χαρακτηριστικά
Ζεύγος θυρεοειδών αδένων		Parat ορμόνη (παραθυρεοειδική ορμόνη)			Αυξάνει τη συγκέντρωση των ιόντων Ca 2+ στο αίμα (απομεταλλοποίηση οστών)
Θυρεοειδής (C-κύτταρα)	καλσιτονίνη					Μειώνει τη συγκέντρωση των ιόντων Ca2 + στο αίμα
Ενεργοποίηση στα νεφρά	1,25-διυδροξυχοληκαλσιφερόλη (καλσιτριόλη)					Αυξάνει την εντερική απορρόφηση των ιόντων Ca 2+
Πάγκρεας - βήτα κύτταρα						Μειώνει τη συγκέντρωση της γλυκόζης στο αίμα
Πάγκρεας - άλφα κύτταρα	γλυκαγόνη					Αυξάνει τη συγκέντρωση της γλυκόζης στο αίμα
πλακούντας	ανθρώπινη χοριακή γοναδοτροπίνη					Αυξάνει τη σύνθεση οιστρογόνων και προγεστερόνης
πλακούντας	λακτογόνο ανθρώπινου πλακούντα					Λειτουργεί όπως η αυξητική ορμόνη και η προλακτίνη κατά τη διάρκεια της εγκυμοσύνης

ΡΥΖΙ. 6.3. Σχέδιο του μηχανισμού δράσης της ορμόνης με το σχηματισμό ενός δευτερογενούς ενδοκυτταρικού αγγελιοφόρου cAMP. GDP - διφωσφορική γουανίνη, GTP - τριφωσφορική γουανίνη

Το GDP σε τριφωσφορική γουανοσίνη GTP (βήμα 2) οδηγεί στην αποκόλληση της α-υπομονάδας, η οποία αλληλεπιδρά αμέσως με άλλες πρωτεΐνες σηματοδότησης, αλλάζοντας τη δραστηριότητα των καναλιών ιόντων ή των κυτταρικών ενζύμων - αδενυλική κυκλάση ή φωσφολιπάση C - και τη λειτουργία των κυττάρων.

Η δράση των ορμονών στα κύτταρα στόχους με το σχηματισμό του δεύτερου αγγελιοφόρου cAMP

Το ενεργοποιημένο ένζυμο μεμβράνης αδενυλική κυκλάση μετατρέπει το ATP σε δεύτερο αγγελιοφόρο - κυκλική μονοφωσφορική αδενοσίνη cAMP (βήμα 3) (βλ. Εικ. 6.3), το οποίο με τη σειρά του ενεργοποιεί το ένζυμο πρωτεϊνική κινάση Α (βήμα 4), το οποίο οδηγεί στη φωσφορυλίωση συγκεκριμένων πρωτεϊνών (βήμα 5). συνέπεια της οποίας είναι μια αλλαγή στη φυσιολογική λειτουργία (βήμα 6), για παράδειγμα, ο σχηματισμός νέων διαύλων μεμβράνης για ιόντα ασβεστίου, που οδηγεί σε αύξηση της δύναμης των καρδιακών συσπάσεων.

Ο δεύτερος αγγελιοφόρος cAMP αποικοδομείται από το ένζυμο φωσφοδιεστεράση στην ανενεργή μορφή 5'-AMP.

Ορισμένες ορμόνες (νατριουρητικές) αλληλεπιδρούν με ανασταλτικές πρωτεΐνες G, γεγονός που οδηγεί σε μείωση της δραστηριότητας των ενζύμων της μεμβράνης αδενυλική κυκλάση, μείωση της κυτταρικής λειτουργίας.

Η δράση των ορμονών στα κύτταρα-στόχους με το σχηματισμό δεύτερου αγγελιοφόρου - διακυλογλυκερόλη και ινοσιτόλη-3-φωσφορική

Η ορμόνη σχηματίζει σύμπλεγμα με τον υποδοχέα μεμβράνης - OS (βήμα 1) (Εικ. 6.4) και μέσω της G-πρωτεΐνης (βήμα 2) ενεργοποιεί τη φωσφολιπάση C που είναι προσαρτημένη στην εσωτερική επιφάνεια του υποδοχέα (βήμα 3).

Υπό την επίδραση της φωσφολιπάσης C, η οποία υδρολύει τα φωσφολιπίδια της μεμβράνης (διφωσφορική φωσφατιδυλινοσιτόλη), σχηματίζονται δύο δευτερεύοντες αγγελιοφόροι - η διακυλογλυκερόλη (DG) και η ινοσιτόλη-3-φωσφορική (IP3) (βήμα 4).

Ο δεύτερος αγγελιοφόρος IP3 κινητοποιεί την απελευθέρωση ιόντων Ca 2+ από τα μιτοχόνδρια και το ενδοπλασματικό δίκτυο (βήμα 5), τα οποία συμπεριφέρονται ως δεύτεροι αγγελιοφόροι. Τα ιόντα Ca2+ μαζί με το DG (λιπιδικός δεύτερος αγγελιοφόρος) ενεργοποιούν το ένζυμο πρωτεϊνική κινάση C (βήμα 6), το οποίο φωσφορυλιώνει τις πρωτεΐνες και προκαλεί αλλαγή στις φυσιολογικές λειτουργίες του κυττάρου στόχου.

Η δράση των ορμονών με τη βοήθεια συστημάτων "ασβεστίου - καλμοδουλίνης",που λειτουργεί ως δευτερεύων ενδιάμεσος. Όταν το ασβέστιο εισέρχεται στο κύτταρο, συνδέεται με την καλμοδουλίνη και την ενεργοποιεί. Η ενεργοποιημένη καλμοδουλίνη, με τη σειρά της, αυξάνει τη δραστηριότητα της πρωτεϊνικής κινάσης, η οποία οδηγεί σε φωσφορυλίωση πρωτεΐνης, αλλαγές στις λειτουργίες των κυττάρων.

Η δράση των ορμονών στον γενετικό μηχανισμό του κυττάρου

Οι λιποδιαλυτές στεροειδείς ορμόνες περνούν από τη μεμβράνη του κυττάρου στόχου (βήμα 1) (Εικ. 6.5), όπου συνδέονται με πρωτεΐνες κυτταροπλασματικού υποδοχέα. Το σχηματιζόμενο σύμπλοκο GR (βήμα 2) διαχέεται στον πυρήνα και συνδέεται σε συγκεκριμένες περιοχές του DNA του χρωμοσώματος (βήμα 3), ενεργοποιώντας τη διαδικασία μεταγραφής δημιουργώντας mRNA (βήμα 4). Το mRNA μεταφέρει το πρότυπο στο κυτταρόπλασμα, όπου παρέχει διεργασίες μετάφρασης στα ριβοσώματα (βήμα 5), σύνθεση νέων πρωτεϊνών (βήμα 6), που οδηγεί σε αλλαγή στις φυσιολογικές λειτουργίες.

Οι λιποδιαλυτές ορμόνες του θυρεοειδούς - η θυροξίνη και η τριιωδοθυρονίνη - διεισδύουν στον πυρήνα, όπου συνδέονται με μια πρωτεΐνη υποδοχέα, η οποία είναι μια πρωτεΐνη που βρίσκεται στα χρωμοσώματα DNA. Αυτοί οι υποδοχείς ελέγχουν τη λειτουργία τόσο των προαγωγέων όσο και των χειριστών των γονιδίων.

Οι ορμόνες ενεργοποιούν τους γενετικούς μηχανισμούς που βρίσκονται στον πυρήνα, εξαιτίας των οποίων παράγονται περισσότεροι από 100 τύποι κυτταρικών πρωτεϊνών. Πολλά από αυτά είναι ένζυμα που αυξάνουν τη μεταβολική δραστηριότητα των κυττάρων του σώματος. Έχοντας αντιδράσει μία φορά με ενδοκυτταρικούς υποδοχείς, οι θυρεοειδικές ορμόνες ελέγχουν την έκφραση των γονιδίων για αρκετές εβδομάδες.

Οι δευτερεύοντες μεσολαβητές της ορμονικής δράσης είναι:

1. Αδενυλική κυκλάση και κυκλικό AMP,

2. Γουανυλική κυκλάση και κυκλικό GMF,

3. Φωσφολιπάση C:

διακυλογλυκερόλη (DAG),

Ινοσιτόλη-τρι-φσφορική (IF3),

4. Ιονισμένο Ca - καλμοδουλίνη

Ετεροτροφική πρωτεΐνη G-πρωτεΐνη.

Αυτή η πρωτεΐνη σχηματίζει βρόχους στη μεμβράνη και έχει 7 τμήματα. Συγκρίνονται με οφιοειδείς κορδέλες. Έχει προεξέχον (εξωτερικό) και εσωτερικό μέρος. Μια ορμόνη είναι προσαρτημένη στο εξωτερικό μέρος και στην εσωτερική επιφάνεια υπάρχουν 3 υπομονάδες - άλφα, βήτα και γάμμα. Σε ανενεργή κατάσταση, αυτή η πρωτεΐνη έχει διφωσφορική γουανοσίνη. Αλλά όταν ενεργοποιηθεί, η διφωσφορική γουανοσίνη αλλάζει σε τριφωσφορική γουανοσίνη. Μια αλλαγή στη δραστηριότητα της G-πρωτεΐνης οδηγεί είτε σε αλλαγή της ιοντικής διαπερατότητας της μεμβράνης, είτε ενεργοποιείται το ενζυμικό σύστημα (αδενυλική κυκλάση, γουανυλική κυκλάση, φωσφολιπάση C) στο κύτταρο. Αυτό προκαλεί το σχηματισμό ειδικών πρωτεϊνών, ενεργοποιείται η πρωτεϊνική κινάση (απαιτείται για τις διαδικασίες φωσφορυλίωσης).

Οι πρωτεΐνες G μπορεί να είναι ενεργοποιητικές (Gs) και ανασταλτικές, ή με άλλα λόγια, ανασταλτικές (Gi).

Η καταστροφή του κυκλικού AMP συμβαίνει υπό τη δράση του ενζύμου φωσφοδιεστεράση. Το κυκλικό HMF έχει το αντίθετο αποτέλεσμα. Όταν η φωσφολιπάση C ενεργοποιείται, σχηματίζονται ουσίες που συμβάλλουν στη συσσώρευση ιονισμένου ασβεστίου μέσα στο κύτταρο. Το ασβέστιο ενεργοποιεί τις πρωτεϊνικές κινάσες, προάγει τη σύσπαση των μυών. Η διακυλογλυκερόλη προάγει τη μετατροπή των φωσφολιπιδίων της μεμβράνης σε αραχιδονικό οξύ, το οποίο είναι η πηγή του σχηματισμού προσταγλανδινών και λευκοτριενίων.

Το σύμπλεγμα των ορμονικών υποδοχέων διεισδύει στον πυρήνα και δρα στο DNA, το οποίο αλλάζει τις διαδικασίες μεταγραφής και σχηματίζεται mRNA, το οποίο φεύγει από τον πυρήνα και πηγαίνει στα ριβοσώματα.

Επομένως, οι ορμόνες μπορούν να παρέχουν:

1. Κινητική ή εναρκτήρια δράση,

2. Μεταβολική δράση,

3. Μορφογενετική δράση (διαφοροποίηση ιστών, ανάπτυξη, μεταμόρφωση),

4. Διορθωτική δράση (διορθωτική, προσαρμοστική).

Μηχανισμοί δράσης ορμονών στα κύτταρα:

Αλλαγές στη διαπερατότητα των κυτταρικών μεμβρανών,

Ενεργοποίηση ή αναστολή ενζυμικών συστημάτων,

Επίδραση στη γενετική πληροφορία.

Η ρύθμιση βασίζεται στη στενή αλληλεπίδραση του ενδοκρινικού και του νευρικού συστήματος. Οι διεργασίες διέγερσης στο νευρικό σύστημα μπορούν να ενεργοποιήσουν ή να αναστείλουν τη δραστηριότητα των ενδοκρινών αδένων. (Σκεφτείτε, για παράδειγμα, τη διαδικασία της ωορρηξίας σε ένα κουνέλι. Η ωορρηξία σε ένα κουνέλι συμβαίνει μόνο μετά την πράξη του ζευγαρώματος, η οποία διεγείρει την απελευθέρωση της γοναδοτροπικής ορμόνης από την υπόφυση. Η τελευταία προκαλεί τη διαδικασία της ωορρηξίας).

Μετά τη μεταφορά ψυχικού τραύματος, μπορεί να εμφανιστεί θυρεοτοξίκωση. Το νευρικό σύστημα ελέγχει την έκκριση των ορμονών της υπόφυσης (νευροορμόνη) και η υπόφυση επηρεάζει τη δραστηριότητα άλλων αδένων.

Υπάρχουν μηχανισμοί ανάδρασης. Η συσσώρευση μιας ορμόνης στο σώμα οδηγεί σε αναστολή της παραγωγής αυτής της ορμόνης από τον αντίστοιχο αδένα και η ανεπάρκεια θα είναι ένας μηχανισμός για την τόνωση του σχηματισμού της ορμόνης.

Υπάρχει ένας μηχανισμός αυτορρύθμισης. (Για παράδειγμα, η γλυκόζη του αίματος καθορίζει την παραγωγή ινσουλίνης ή/και γλυκαγόνης· εάν το επίπεδο σακχάρου αυξάνεται, παράγεται ινσουλίνη και εάν πέσει, παράγεται γλυκαγόνο. Η έλλειψη Na διεγείρει την παραγωγή αλδοστερόνης.)

5. Υποθαλαμο-υποφυσιακό σύστημα. η λειτουργική του οργάνωση. Νευροεκκριτικά κύτταρα του υποθαλάμου. Χαρακτηριστικά των τροπικών ορμονών και των ορμονών απελευθέρωσης (λιμπερίνες, στατίνες). Επίφυση (επίφυση).

6. Αδενοϋπόφυση, η σύνδεσή της με τον υποθάλαμο. Η φύση της δράσης των ορμονών της πρόσθιας υπόφυσης. Υπο- και υπερέκκριση ορμονών αδενοϋπόφυσης. Αλλαγές που σχετίζονται με την ηλικία στο σχηματισμό ορμονών του πρόσθιου λοβού.

Τα κύτταρα της αδενοϋπόφυσης (δείτε τη δομή και τη σύνθεσή τους κατά την ιστολογική πορεία) παράγουν τις ακόλουθες ορμόνες: σωματοτροπίνη (αυξητική ορμόνη), προλακτίνη, θυρεοτροπίνη (θυρεοειδοτρόπος ορμόνη), ωοθυλακιοτρόπος ορμόνη, ωχρινοτρόπος ορμόνη, κορτικοτροπίνη (ACTH). μελανοτροπίνη, βήτα-ενδορφίνη, διαβητογόνο πεπτίδιο, εξωφθαλμικός παράγοντας και αυξητική ορμόνη ωοθηκών. Ας εξετάσουμε λεπτομερέστερα τις επιπτώσεις ορισμένων από αυτές.

Κορτικοτροπίνη . (αδρενοκορτικοτροπική ορμόνη - ACTH) εκκρίνεται από την αδενοϋπόφυση σε συνεχώς παλλόμενες εκρήξεις που έχουν καθαρό καθημερινό ρυθμό. Η έκκριση της κορτικοτροπίνης ρυθμίζεται με άμεση και ανάδραση. Η άμεση σύνδεση αντιπροσωπεύεται από το πεπτίδιο του υποθαλάμου - κορτικολιμπερίνη, το οποίο ενισχύει τη σύνθεση και την έκκριση της κορτικοτροπίνης. Οι ανατροφοδοτήσεις πυροδοτούνται από τα επίπεδα κορτιζόλης στο αίμα (ορμόνη του φλοιού των επινεφριδίων) και κλείνουν τόσο στο επίπεδο του υποθαλάμου όσο και της αδενοϋπόφυσης και η αύξηση της συγκέντρωσης της κορτιζόλης αναστέλλει την έκκριση κορτικολιμπερίνης και κορτικοτροπίνης.

Η κορτικοτροπίνη έχει δύο τύπους δράσης - τα επινεφρίδια και τα εξωεπινεφρίδια. Η δράση των επινεφριδίων είναι η κύρια και συνίσταται στη διέγερση της έκκρισης γλυκοκορτικοειδών, σε πολύ μικρότερο βαθμό - ορυκτοκορτικοειδών και ανδρογόνων. Η ορμόνη ενισχύει τη σύνθεση ορμονών στον φλοιό των επινεφριδίων - στεροειδογένεση και πρωτεϊνοσύνθεση, οδηγώντας σε υπερτροφία και υπερπλασία του φλοιού των επινεφριδίων. Η εξωεπινεφριδιακή δράση συνίσταται σε λιπόλυση λιπώδους ιστού, αυξημένη έκκριση ινσουλίνης, υπογλυκαιμία, αυξημένη εναπόθεση μελανίνης με υπερμελάγχρωση.

Η περίσσεια κορτικοτροπίνης συνοδεύεται από ανάπτυξη υπερκορτιζολισμού με κυρίαρχη αύξηση της έκκρισης κορτιζόλης και ονομάζεται νόσος του Itsenko-Cushing. Οι κύριες εκδηλώσεις είναι χαρακτηριστικές για την περίσσεια γλυκοκορτικοειδών: παχυσαρκία και άλλες μεταβολικές αλλαγές, μείωση της αποτελεσματικότητας των μηχανισμών ανοσίας, ανάπτυξη αρτηριακής υπέρτασης και πιθανότητα διαβήτη. Η ανεπάρκεια κορτικοτροπίνης προκαλεί ανεπάρκεια της γλυκοκορτικοειδούς λειτουργίας των επινεφριδίων με έντονες μεταβολικές αλλαγές, καθώς και μείωση της αντίστασης του οργανισμού σε δυσμενείς περιβαλλοντικές συνθήκες.

Σωματοτροπίνη. . Η αυξητική ορμόνη έχει ένα ευρύ φάσμα μεταβολικών επιδράσεων που παρέχουν μορφογενετικό αποτέλεσμα. Η ορμόνη επηρεάζει τον μεταβολισμό των πρωτεϊνών, ενισχύοντας τις αναβολικές διεργασίες. Διεγείρει την είσοδο αμινοξέων στα κύτταρα, την πρωτεϊνική σύνθεση επιταχύνοντας τη μετάφραση και ενεργοποιώντας τη σύνθεση RNA, αυξάνει την κυτταρική διαίρεση και την ανάπτυξη των ιστών και αναστέλλει τα πρωτεολυτικά ένζυμα. Διεγείρει την ενσωμάτωση του θειικού στον χόνδρο, της θυμιδίνης στο DNA, της προλίνης στο κολλαγόνο, της ουριδίνης στο RNA. Η ορμόνη προκαλεί θετικό ισοζύγιο αζώτου. Διεγείρει την ανάπτυξη του επιφυσιακού χόνδρου και την αντικατάστασή τους από οστικό ιστό ενεργοποιώντας την αλκαλική φωσφατάση.

Η επίδραση στον μεταβολισμό των υδατανθράκων είναι διπλή. Από τη μία πλευρά, η σωματοτροπίνη αυξάνει την παραγωγή ινσουλίνης, τόσο λόγω άμεσης επίδρασης στα βήτα κύτταρα όσο και λόγω υπεργλυκαιμίας που προκαλείται από ορμόνες λόγω της διάσπασης του γλυκογόνου στο ήπαρ και τους μύες. Η σωματοτροπίνη ενεργοποιεί την ηπατική ινσουλινάση, ένα ένζυμο που διασπά την ινσουλίνη. Από την άλλη πλευρά, η σωματοτροπίνη έχει αντινησιωτική δράση, αναστέλλοντας τη χρήση της γλυκόζης στους ιστούς. Αυτός ο συνδυασμός επιδράσεων, όταν έχει προδιάθεση υπό συνθήκες υπερβολικής έκκρισης, μπορεί να προκαλέσει σακχαρώδη διαβήτη, που ονομάζεται υπόφυση προέλευσης.

Η επίδραση στον μεταβολισμό του λίπους είναι η διέγερση της λιπόλυσης του λιπώδους ιστού και η λιπολυτική επίδραση των κατεχολαμινών, η αύξηση του επιπέδου των ελεύθερων λιπαρών οξέων στο αίμα. λόγω της υπερβολικής πρόσληψής τους στο ήπαρ και της οξείδωσης, αυξάνεται ο σχηματισμός κετονικών σωμάτων. Αυτές οι επιδράσεις της σωματοτροπίνης ταξινομούνται επίσης ως διαβητογόνοι.

Εάν εμφανιστεί περίσσεια της ορμόνης σε νεαρή ηλικία, σχηματίζεται γιγαντισμός με ανάλογη ανάπτυξη των άκρων και του κορμού. Η περίσσεια της ορμόνης στην εφηβεία και την ενηλικίωση προκαλεί αύξηση της ανάπτυξης των επιφυσιακών τμημάτων των οστών του σκελετού, ζώνες με ατελή οστεοποίηση, η οποία ονομάζεται ακρομεγαλία. . Αύξηση μεγέθους και εσωτερικών οργάνων - σπλανομεγαλία.

Με συγγενή ανεπάρκεια της ορμόνης σχηματίζεται νανισμός που ονομάζεται «υπόφυση νανισμός». Μετά τη δημοσίευση του μυθιστορήματος του J. Swift για τον Gulliver, τέτοιοι άνθρωποι αποκαλούνται στην καθομιλουμένη λιλιπούτειοι. Σε άλλες περιπτώσεις, η επίκτητη ορμονική ανεπάρκεια προκαλεί ένα ήπιο στάσιμο.

Προλακτίνη . Η έκκριση της προλακτίνης ρυθμίζεται από υποθαλαμικά πεπτίδια - τον αναστολέα προλακτινοστατίνη και τον διεγέρτη προλακτολιμπερίνη. Η παραγωγή των υποθαλαμικών νευροπεπτιδίων είναι υπό ντοπαμινεργικό έλεγχο. Το επίπεδο των οιστρογόνων και των γλυκοκορτικοειδών στο αίμα επηρεάζει την ποσότητα της έκκρισης προλακτίνης.

και θυρεοειδικές ορμόνες.

Η προλακτίνη διεγείρει ειδικά την ανάπτυξη και τη γαλουχία του μαστικού αδένα, αλλά όχι την έκκρισή του, η οποία διεγείρεται από την ωκυτοκίνη.

Εκτός από τους μαστικούς αδένες, η προλακτίνη επηρεάζει τους σεξουαλικούς αδένες, συμβάλλοντας στη διατήρηση της εκκριτικής δραστηριότητας του ωχρού σωματίου και στο σχηματισμό της προγεστερόνης. Η προλακτίνη είναι ρυθμιστής του μεταβολισμού νερού-αλατιού, μειώνει την απέκκριση νερού και ηλεκτρολυτών, ενισχύει τις επιδράσεις της βαζοπρεσίνης και της αλδοστερόνης, διεγείρει την ανάπτυξη των εσωτερικών οργάνων, την ερυθροποίηση και προάγει την εκδήλωση της μητρότητας. Εκτός από την ενίσχυση της πρωτεϊνικής σύνθεσης, αυξάνει τον σχηματισμό λίπους από τους υδατάνθρακες, συμβάλλοντας στην επιλόχεια παχυσαρκία.

Μελανοτροπίνη . . Σχηματίζεται στα κύτταρα του ενδιάμεσου λοβού της υπόφυσης. Η παραγωγή μελανοτροπίνης ρυθμίζεται από τη μελανολιμπερίνη του υποθαλάμου. Η κύρια επίδραση της ορμόνης είναι να δρα στα μελανοκύτταρα του δέρματος, όπου προκαλεί καταστολή της χρωστικής στις διεργασίες, αύξηση της ελεύθερης χρωστικής στην επιδερμίδα που περιβάλλει τα μελανοκύτταρα και αύξηση της σύνθεσης μελανίνης. Αυξάνει τη μελάγχρωση του δέρματος και των μαλλιών.

Νευρουπόφυση, η σύνδεσή της με τον υποθάλαμο. Επιδράσεις των ορμονών της οπίσθιας υπόφυσης (οξυγοκίνη, ADH). Ο ρόλος της ADH στη ρύθμιση του όγκου των υγρών στο σώμα. Διαβήτης χωρίς ζάχαρη.

Βαζοπρεσσίνη . . Σχηματίζεται στα κύτταρα των υπεροπτικών και παρακοιλιακών πυρήνων του υποθαλάμου και συσσωρεύεται στη νευροϋπόφυση. Τα κύρια ερεθίσματα που ρυθμίζουν τη σύνθεση της βαζοπρεσσίνης στον υποθάλαμο και την έκκρισή της στο αίμα από την υπόφυση μπορούν γενικά να ονομαστούν οσμωτικά. Αντιπροσωπεύονται από: α) αύξηση της οσμωτικής πίεσης του πλάσματος του αίματος και διέγερση των οσμωϋποδοχέων των αιμοφόρων αγγείων και των νευρώνων-οσμοϋποδοχέων του υποθαλάμου. β) αύξηση της περιεκτικότητας σε νάτριο στο αίμα και διέγερση των νευρώνων του υποθαλάμου που λειτουργούν ως υποδοχείς νατρίου. γ) μείωση του κεντρικού όγκου του κυκλοφορούντος αίματος και της αρτηριακής πίεσης, που γίνεται αντιληπτή από τους ογκοϋποδοχείς της καρδιάς και τους μηχανοϋποδοχείς των αγγείων.

δ) συναισθηματικό και επώδυνο στρες και σωματική δραστηριότητα. ε) ενεργοποίηση του συστήματος ρενίνης-αγγειοτενσίνης και διεγερτική δράση της αγγειοτενσίνης στους νευροεκκριτικούς νευρώνες.

Τα αποτελέσματα της βαζοπρεσίνης πραγματοποιούνται με τη δέσμευση της ορμόνης στους ιστούς με δύο τύπους υποδοχέων. Η δέσμευση με υποδοχείς τύπου Υ1, που βρίσκονται κυρίως στο τοίχωμα των αιμοφόρων αγγείων, μέσω των δεύτερων αγγελιοφόρων τριφωσφορικής ινοσιτόλης και ασβεστίου προκαλεί αγγειακό σπασμό, ο οποίος συμβάλλει στην ονομασία της ορμόνης - "βασοπρεσσίνη". Η δέσμευση με υποδοχείς τύπου Υ2 στον περιφερικό νεφρώνα μέσω του δεύτερου αγγελιοφόρου cAMP εξασφαλίζει αύξηση της διαπερατότητας των αγωγών συλλογής του νεφρώνα για το νερό, την επαναρρόφησή του και τη συγκέντρωση ούρων, η οποία αντιστοιχεί στο δεύτερο όνομα της αγγειοπιεσίνης - "αντιδιουρητική ορμόνη. ADH».

Εκτός από τη δράση στα νεφρά και τα αιμοφόρα αγγεία, η βαζοπρεσσίνη είναι ένα από τα σημαντικά νευροπεπτίδια του εγκεφάλου που εμπλέκονται στο σχηματισμό της δίψας και της συμπεριφοράς κατανάλωσης αλκοόλ, στους μηχανισμούς μνήμης και στη ρύθμιση της έκκρισης των αδενοϋποφυσιακών ορμονών.

Η έλλειψη ή και η πλήρης απουσία έκκρισης αγγειοπιεσίνης εκδηλώνεται με τη μορφή μιας απότομης αύξησης της διούρησης με την απελευθέρωση μεγάλης ποσότητας υποτονικών ούρων. Αυτό το σύνδρομο ονομάζεται άποιος διαβήτης», μπορεί να είναι συγγενής ή επίκτητη. Το σύνδρομο της περίσσειας βαζοπρεσσίνης (σύνδρομο Parchon) εκδηλώνεται

σε υπερβολική κατακράτηση υγρών στο σώμα.

Οκυτοκίνη . Η σύνθεση της ωκυτοκίνης στους παρακοιλιακούς πυρήνες του υποθαλάμου και η απελευθέρωσή της στο αίμα από τη νευροϋπόφυση διεγείρεται από μια αντανακλαστική οδό κατά τη διέγερση των υποδοχέων τάνυσης του τραχήλου της μήτρας και των υποδοχέων του μαστικού αδένα. Τα οιστρογόνα αυξάνουν την έκκριση ωκυτοκίνης.

Η ωκυτοκίνη προκαλεί τα ακόλουθα αποτελέσματα: α) διεγείρει τη σύσπαση των λείων μυών της μήτρας, συμβάλλοντας στον τοκετό. β) προκαλεί συστολή των λείων μυϊκών κυττάρων των απεκκριτικών αγωγών του θηλάζοντος μαστικού αδένα, εξασφαλίζοντας την απελευθέρωση γάλακτος. γ) υπό ορισμένες συνθήκες, έχει διουρητική και νατριουρητική δράση. δ) συμμετέχει στην οργάνωση της συμπεριφοράς κατανάλωσης και κατανάλωσης. ε) είναι ένας επιπλέον παράγοντας στη ρύθμιση της έκκρισης των αδενοϋποφυσιακών ορμονών.

Σύντομη περιγραφή:

Εκπαιδευτικό υλικό βιοχημείας και μοριακής βιολογίας: Η δομή και οι λειτουργίες των βιολογικών μεμβρανών.

ΕΝΟΤΗΤΑ 4: ΔΟΜΗ ΚΑΙ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΕΣ ΒΙΟΛΟΓΙΚΩΝ ΜΕΜΒΡΑΝΩΝ

_Θέματα _

4.1. Γενικά χαρακτηριστικά των μεμβρανών. Δομή και σύνθεση μεμβρανών

4.2. Μεταφορά ουσιών μέσω μεμβρανών

4.3. Διαμεμβρανική σηματοδότηση _

Μαθησιακοί στόχοι Να είναι σε θέση:

1. Ερμηνεύστε το ρόλο των μεμβρανών στη ρύθμιση του μεταβολισμού, τη μεταφορά ουσιών στο κύτταρο και την απομάκρυνση των μεταβολιτών.

2. Εξηγήστε τους μοριακούς μηχανισμούς δράσης των ορμονών και άλλων μορίων σηματοδότησης στα όργανα στόχους.

Ξέρω:

1. Η δομή των βιολογικών μεμβρανών και ο ρόλος τους στο μεταβολισμό και την ενέργεια.

2. Οι κύριοι τρόποι μεταφοράς ουσιών μέσω μεμβρανών.

3. Κύρια συστατικά και στάδια διαμεμβρανικής σηματοδότησης ορμονών, μεσολαβητών, κυτοκινών, εικοσανοειδών.

ΘΕΜΑ 4.1. ΓΕΝΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΜΕΜΒΡΑΝΩΝ.

ΔΟΜΗ ΚΑΙ ΣΥΝΘΕΣΗ ΜΕΜΒΡΑΝΩΝ

Όλα τα κύτταρα και τα ενδοκυτταρικά οργανίδια περιβάλλονται από μεμβράνες, οι οποίες παίζουν σημαντικό ρόλο στη δομική οργάνωση και λειτουργία τους. Οι βασικές αρχές κατασκευής όλων των μεμβρανών είναι οι ίδιες. Ωστόσο, η πλασματική μεμβράνη, καθώς και οι μεμβράνες του ενδοπλασματικού δικτύου, η συσκευή Golgi, τα μιτοχόνδρια και ο πυρήνας, έχουν σημαντικά δομικά χαρακτηριστικά, είναι μοναδικά στη σύνθεσή τους και στη φύση των λειτουργιών τους.

Μεμβράνη:

Διαχωρίστε τα κύτταρα από το περιβάλλον και διαιρέστε τα σε διαμερίσματα (διαμερίσματα).

Ρύθμιση της μεταφοράς ουσιών σε κύτταρα και οργανίδια και αντίστροφα.

Παροχή ειδικότητας των μεσοκυττάριων επαφών.

Λαμβάνουν σήματα από το περιβάλλον.

Η συντονισμένη λειτουργία των μεμβρανικών συστημάτων, συμπεριλαμβανομένων των υποδοχέων, των ενζύμων, των συστημάτων μεταφοράς, βοηθά στη διατήρηση της ομοιόστασης των κυττάρων και ανταποκρίνεται γρήγορα στις αλλαγές στην κατάσταση του εξωτερικού περιβάλλοντος ρυθμίζοντας το μεταβολισμό μέσα στα κύτταρα.

Οι βιολογικές μεμβράνες αποτελούνται από λιπίδια και πρωτεΐνες που συνδέονται μεταξύ τους με μη ομοιοπολικήαλληλεπιδράσεις. Η βάση της μεμβράνης είναι διπλό στρώμα λιπιδίωνπου περιλαμβάνει πρωτεϊνικά μόρια (Εικ. 4.1). Η λιπιδική διπλοστιβάδα σχηματίζεται από δύο σειρές αμφίφιλοςμόρια των οποίων οι υδρόφοβες «ουρές» είναι κρυμμένες στο εσωτερικό τους, και οι υδρόφιλες ομάδες - πολικές «κεφαλές» στρέφονται προς τα έξω και βρίσκονται σε επαφή με το υδατικό μέσο.

1. Λιπίδια μεμβράνης.Τα λιπίδια της μεμβράνης περιέχουν τόσο κορεσμένα όσο και ακόρεστα λιπαρά οξέα. Τα ακόρεστα λιπαρά οξέα είναι διπλάσια από τα κορεσμένα λιπαρά οξέα, κάτι που καθορίζει ρευστότηταμεμβρανών και διαμορφωτική αστάθεια των μεμβρανικών πρωτεϊνών.

Υπάρχουν τρεις κύριοι τύποι λιπιδίων στις μεμβράνες - φωσφολιπίδια, γλυκολιπίδια και χοληστερόλη (Εικ. 4.2 - 4.4). Τις περισσότερες φορές βρίσκεται Τα γλυκεροφωσφολιπίδια είναι παράγωγα του φωσφατιδικού οξέος.

Ρύζι. 4.1. Διατομή της πλασματικής μεμβράνης

Ρύζι. 4.2. Γλυκεροφωσφολιπίδια.

Το φωσφατιδικό οξύ είναι η φωσφορική διακυλογλυκερόλη. R1, R2 - ρίζες λιπαρών οξέων (υδρόφοβες "ουρές"). Ένα υπόλειμμα πολυακόρεστου λιπαρού οξέος συνδέεται με το δεύτερο άτομο άνθρακα της γλυκερίνης. Το πολικό "κεφάλι" είναι ένα υπόλειμμα φωσφορικού οξέος και μια υδρόφιλη ομάδα σερίνης, χολίνης, αιθανολαμίνης ή ινοσιτόλης προσαρτημένη σε αυτό

Υπάρχουν και λιπίδια – παράγωγα την αμινοαλκοόλη σφιγγοσίνη.

Η αμινοαλκοόλη σφιγγοσίνη κατά την ακυλίωση, δηλ. συνδέοντας ένα λιπαρό οξύ στην ομάδα NH 2, μετατρέπεται σε κεραμίδιο. Τα κεραμίδια διακρίνονται από τα υπολείμματα λιπαρών οξέων τους. Διαφορετικές πολικές ομάδες μπορούν να συσχετιστούν με την ομάδα ΟΗ του κεραμιδίου. Ανάλογα με τη δομή του πολικού "κεφαλιού", αυτά τα παράγωγα χωρίζονται σε δύο ομάδες - φωσφολιπίδια και γλυκολιπίδια. Η δομή της πολικής ομάδας των σφιγγοφωσφολιπιδίων (σφιγγομυελίνες) είναι παρόμοια με τα γλυκεροφωσφολιπίδια. Πολλές σφιγγομυελίνες βρίσκονται στα έλυτρα μυελίνης των νευρικών ινών. Τα γλυκολιπίδια είναι παράγωγα υδατανθράκων του κεραμιδίου. Ανάλογα με τη δομή του συστατικού των υδατανθράκων, διακρίνονται οι σερεβροσίδες και οι γαγγλιοσίδες.

χοληστερίνηπου βρίσκεται στις μεμβράνες όλων των ζωικών κυττάρων, σκληραίνει τις μεμβράνες και τις μειώνει ρευστότητα(ρευστότητα). Το μόριο της χοληστερόλης βρίσκεται στην υδρόφοβη ζώνη της μεμβράνης παράλληλα με τις υδρόφοβες «ουρές» των μορίων φωσφο- και γλυκολιπιδίου. Η υδροξυλομάδα της χοληστερόλης, καθώς και τα υδρόφιλα «κεφάλια» φωσφο- και γλυκολιπιδίων,

Ρύζι. 4.3. Παράγωγα της αμινοαλκοόλης σφιγγοσίνη.

Κεραμίδιο - ακυλιωμένη σφιγγοσίνη (R 1 - ρίζα λιπαρού οξέος). Τα φωσφολιπίδια περιλαμβάνουν σφιγγομυελίνες, στις οποίες η πολική ομάδα αποτελείται από ένα υπόλειμμα φωσφορικού οξέος και χολίνη, αιθανολαμίνη ή σερίνη. Η υδρόφιλη ομάδα (πολική «κεφαλή») των γλυκολιπιδίων είναι ένα υπόλειμμα υδατανθράκων. Οι εγκεφαλοζίτες περιέχουν ένα γραμμικό υπόλειμμα μονο- ή ολιγοσακχαρίτη. Η σύνθεση των γαγγλιοσιδών περιλαμβάνει έναν διακλαδισμένο ολιγοσακχαρίτη, μία από τις μονομερείς μονάδες του οποίου είναι το NANK - Ν-ακετυλνεουραμινικό οξύ

που αντιμετωπίζει τη φάση του νερού. Η μοριακή αναλογία χοληστερόλης και άλλων λιπιδίων στις μεμβράνες είναι 0,3-0,9. Αυτή η τιμή έχει την υψηλότερη τιμή για την κυτταροπλασματική μεμβράνη.

Η αύξηση της περιεκτικότητας σε χοληστερόλη στις μεμβράνες μειώνει την κινητικότητα των αλυσίδων λιπαρών οξέων, η οποία επηρεάζει τη διαμορφωτική αστάθεια των πρωτεϊνών της μεμβράνης και μειώνει την πιθανότητα εμφάνισης τους. πλευρική διάχυση.Με την αύξηση της ρευστότητας της μεμβράνης που προκαλείται από τη δράση λιπόφιλων ουσιών σε αυτές ή την υπεροξείδωση των λιπιδίων, η αναλογία της χοληστερόλης στις μεμβράνες αυξάνεται.

Ρύζι. 4.4. Θέση στη μεμβράνη των φωσφολιπιδίων και της χοληστερόλης.

Το μόριο της χοληστερόλης αποτελείται από έναν άκαμπτο υδρόφοβο πυρήνα και μια εύκαμπτη αλυσίδα υδρογονάνθρακα. Η πολική "κεφαλή" είναι η ομάδα ΟΗ στο 3ο άτομο άνθρακα του μορίου της χοληστερόλης. Για σύγκριση, το σχήμα δείχνει μια σχηματική αναπαράσταση του φωσφολιπιδίου της μεμβράνης. Η πολική κεφαλή αυτών των μορίων είναι πολύ μεγαλύτερη και έχει φορτίο

Η λιπιδική σύνθεση των μεμβρανών είναι διαφορετική, η περιεκτικότητα σε ένα ή άλλο λιπίδιο, προφανώς, καθορίζεται από την ποικιλία των λειτουργιών που εκτελούν αυτά τα μόρια στις μεμβράνες.

Οι κύριες λειτουργίες των λιπιδίων της μεμβράνης είναι ότι:

Σχηματίζουν μια διπλοστοιβάδα λιπιδίων - τη δομική βάση των μεμβρανών.

Παρέχει το περιβάλλον που είναι απαραίτητο για τη λειτουργία των μεμβρανικών πρωτεϊνών.

Συμμετέχουν στη ρύθμιση της ενζυμικής δραστηριότητας.

Χρησιμεύει ως "άγκυρα" για πρωτεΐνες επιφάνειας.

Συμμετοχή στη μετάδοση ορμονικών σημάτων.

Οι αλλαγές στη δομή της λιπιδικής διπλοστιβάδας μπορεί να οδηγήσουν σε διαταραχή των λειτουργιών της μεμβράνης.

2. Πρωτεΐνες μεμβρανών.Οι μεμβρανικές πρωτεΐνες διαφέρουν ως προς τη θέση τους στη μεμβράνη (Εικ. 4.5). Οι μεμβρανικές πρωτεΐνες σε επαφή με την υδρόφοβη περιοχή της λιπιδικής διπλοστιβάδας πρέπει να είναι αμφίφιλες, δηλ. έχουν μη πολικό τομέα. Η αμφιφιλία επιτυγχάνεται λόγω του γεγονότος ότι:

Τα υπολείμματα αμινοξέων σε επαφή με τη λιπιδική διπλοστιβάδα είναι ως επί το πλείστον μη πολικά.

Πολλές μεμβρανικές πρωτεΐνες συνδέονται ομοιοπολικά με υπολείμματα λιπαρών οξέων (ακυλιωμένες).

Τα υπολείμματα ακυλίου των λιπαρών οξέων που συνδέονται με την πρωτεΐνη παρέχουν την «αγκύρωση» της στη μεμβράνη και τη δυνατότητα πλευρικής διάχυσης. Επιπλέον, οι μεμβρανικές πρωτεΐνες υφίστανται μετα-μεταφραστικές τροποποιήσεις όπως η γλυκοζυλίωση και η φωσφορυλίωση. Η γλυκοζυλίωση της εξωτερικής επιφάνειας των ενσωματωμένων πρωτεϊνών τις προστατεύει από βλάβες από πρωτεάσες του μεσοκυττάριου χώρου.

Ρύζι. 4.5. Πρωτεΐνες μεμβράνης:

1, 2 - ενσωματωμένες (διαμεμβρανικές) πρωτεΐνες. 3, 4, 5, 6 - επιφανειακές πρωτεΐνες. Στις ενσωματωμένες πρωτεΐνες, μέρος της πολυπεπτιδικής αλυσίδας είναι ενσωματωμένο στο λιπιδικό στρώμα. Αυτά τα μέρη της πρωτεΐνης που αλληλεπιδρούν με αλυσίδες υδρογονανθράκων λιπαρών οξέων περιέχουν κυρίως μη πολικά αμινοξέα. Οι περιοχές της πρωτεΐνης που βρίσκονται στην περιοχή των πολικών «κεφαλιών» είναι εμπλουτισμένες σε υδρόφιλα υπολείμματα αμινοξέων. Οι επιφανειακές πρωτεΐνες συνδέονται με τη μεμβράνη με διαφορετικούς τρόπους: 3 - συνδέονται με ενσωματωμένες πρωτεΐνες. 4 - συνδέεται με τις πολικές "κεφαλές" του λιπιδικού στρώματος. 5 - "αγκυρωμένο" στη μεμβράνη με μια μικρή υδρόφοβη τερματική περιοχή. 6 - "αγκυροβολημένο" στη μεμβράνη με χρήση ομοιοπολικού δεσμού ακυλίου

Το εξωτερικό και το εσωτερικό στρώμα της ίδιας μεμβράνης διαφέρουν ως προς τη σύσταση των λιπιδίων και των πρωτεϊνών. Αυτό το χαρακτηριστικό στη δομή των μεμβρανών ονομάζεται διαμεμβρανική ασυμμετρία.

Οι μεμβρανικές πρωτεΐνες μπορεί να εμπλέκονται σε:

Επιλεκτική μεταφορά ουσιών μέσα και έξω από το κύτταρο.

Μετάδοση ορμονικών σημάτων;

Ο σχηματισμός "περιορισμένων κοιλοτήτων" που εμπλέκονται στην ενδοκυττάρωση και την εξωκυττάρωση.

Ανοσολογικές αντιδράσεις;

Ως ένζυμα στους μετασχηματισμούς ουσιών.

Οργάνωση μεσοκυττάριων επαφών που παρέχουν το σχηματισμό ιστών και οργάνων.

ΘΕΜΑ 4.2. ΜΕΤΑΦΟΡΑ ΟΥΣΙΩΝ ΜΕΣΩ ΜΕΜΒΡΑΝΩΝ

Μία από τις κύριες λειτουργίες των μεμβρανών είναι η ρύθμιση της μεταφοράς ουσιών μέσα και έξω από το κύτταρο, η κατακράτηση ουσιών που χρειάζεται το κύτταρο και η απομάκρυνση των περιττών. Η μεταφορά ιόντων, οργανικών μορίων μέσω μεμβρανών μπορεί να πραγματοποιηθεί κατά μήκος μιας βαθμίδας συγκέντρωσης - παθητική μεταφοράκαι ενάντια στην κλίση συγκέντρωσης - ενεργή μεταφορά.

1. Παθητική μεταφοράμπορεί να πραγματοποιηθεί με τους ακόλουθους τρόπους (Εικ. 4.6, 4.7):

Ρύζι. 4.6. Μηχανισμοί μεταφοράς ουσιών μέσω μεμβρανών κατά μήκος της βαθμίδας συγκέντρωσης

Η παθητική μεταφορά είναι διάχυση ιόντων μέσω πρωτεϊνικών καναλιών,για παράδειγμα, διάχυση Η+, Ca2+, Ν+, Κ+. Η λειτουργία των περισσότερων καναλιών ρυθμίζεται από συγκεκριμένους συνδέτες ή αλλαγές στο διαμεμβρανικό δυναμικό.

Ρύζι. 4.7. Δίαυλος Ca2+ της μεμβράνης του ενδοπλασματικού δικτύου που ρυθμίζεται από 1,4,5-τριφωσφορική ινοσιτόλη (IF 3).

Η IP 3 (ινοσιτόλη-1,4,5-τριφωσφορική) σχηματίζεται κατά την υδρόλυση του λιπιδίου της μεμβράνης PIF 2 (φωσφατιδυλινοσιτόλη-4,5-διφωσφορική) υπό τη δράση του ενζύμου φωσφολιπάση C. Η IP 3 δεσμεύεται σε συγκεκριμένα κέντρα του Ca 2 + πρωτομερή του καναλιού μεμβράνης του ενδοπλασματικού δικτύου. Η διαμόρφωση της πρωτεΐνης αλλάζει και το κανάλι ανοίγει - το Ca 2 + εισέρχεται στο κυτταρόπλασμα του κυττάρου κατά μήκος της βαθμίδας συγκέντρωσης

2. Ενεργή μεταφορά. πρωτεύον ενεργόΗ μεταφορά λαμβάνει χώρα έναντι της βαθμίδας συγκέντρωσης με τη δαπάνη ενέργειας ATP με τη συμμετοχή μεταφορικών ΑΤΡασών, για παράδειγμα Na +, K + -ATPase, H + -ATPase, Ca2 + -ATPase (Εικ. 4.8). Οι H + -ATPases λειτουργούν ως αντλίες πρωτονίων, οι οποίες δημιουργούν ένα όξινο περιβάλλον στα λυσοσώματα του κυττάρου. Με τη βοήθεια της Ca 2+ -ATPase της κυτταροπλασματικής μεμβράνης και της μεμβράνης του ενδοπλασματικού δικτύου, διατηρείται χαμηλή συγκέντρωση ασβεστίου στο κυτταρόπλασμα του κυττάρου και δημιουργείται ενδοκυτταρική αποθήκη Ca 2+ στα μιτοχόνδρια και στο ενδοπλασματικό δίκτυο.

δευτερεύουσα ενεργήΗ μεταφορά συμβαίνει λόγω της βαθμίδας συγκέντρωσης μιας από τις μεταφερόμενες ουσίες (Εικ. 4.9), η οποία δημιουργείται συχνότερα από Na +, K + -ATPase, η οποία λειτουργεί με την κατανάλωση ATP.

Η προσκόλληση στο ενεργό κέντρο της πρωτεΐνης φορέα μιας ουσίας της οποίας η συγκέντρωση είναι υψηλότερη αλλάζει τη διάταξή της και αυξάνει τη συγγένεια για την ένωση που διέρχεται στο κύτταρο έναντι της βαθμίδας συγκέντρωσης. Υπάρχουν δύο τύποι δευτερεύουσας ενεργής μεταφοράς: ενεργή συμπάθειακαι antiport.

Ρύζι. 4.8. Ο μηχανισμός λειτουργίας της Ca2 + -ATPase

Ρύζι. 4.9. δευτερεύουσα ενεργή μεταφορά

3. Μεταφορά μακρομορίων και σωματιδίων με τη συμμετοχή μεμβρανών – ενδοκυττάρωση και εξωκυττάρωση.

Η μεταφορά από το εξωκυττάριο περιβάλλον στο κύτταρο μακρομορίων, όπως πρωτεϊνών, νουκλεϊκών οξέων, πολυσακχαριτών ή ακόμη και μεγαλύτερων σωματιδίων, γίνεται με ενδοκυττάρωση.Η δέσμευση ουσιών ή υψηλομοριακών συμπλεγμάτων συμβαίνει σε ορισμένες περιοχές της πλασματικής μεμβράνης, οι οποίες ονομάζονται επενδεδυμένοι λάκκοι.Η ενδοκυττάρωση, η οποία εμφανίζεται με τη συμμετοχή υποδοχέων που είναι ενσωματωμένοι στις γειτονικές κοιλότητες, επιτρέπει στα κύτταρα να απορροφούν συγκεκριμένες ουσίες και ονομάζεται εξαρτώμενη από υποδοχέα ενδοκυττάρωση.

Μακρομόρια, όπως πεπτιδικές ορμόνες, πεπτικά ένζυμα, πρωτεΐνες εξωκυτταρικής μήτρας, σύμπλοκα λιποπρωτεϊνών, εκκρίνονται στο αίμα ή στον μεσοκυττάριο χώρο από εξωκυττάρωση.Αυτός ο τρόπος μεταφοράς καθιστά δυνατή την απομάκρυνση από τα κύτταρα ουσιών που συσσωρεύονται σε εκκριτικούς κόκκους. Στις περισσότερες περιπτώσεις, η εξωκυττάρωση ρυθμίζεται με αλλαγή της συγκέντρωσης των ιόντων ασβεστίου στο κυτταρόπλασμα των κυττάρων.

ΘΕΜΑ 4.3. ΔΙΑΜΕΒΡΑΝΙΚΗ ΣΗΜΑΤΟΔΟΤΗΣΗ

Μια σημαντική ιδιότητα των μεμβρανών είναι η ικανότητα να αντιλαμβάνονται και να μεταδίδουν σήματα από το περιβάλλον μέσα στο κύτταρο. Η αντίληψη από τα κύτταρα των εξωτερικών σημάτων συμβαίνει όταν αυτά αλληλεπιδρούν με υποδοχείς που βρίσκονται στη μεμβράνη των κυττάρων-στόχων. Οι υποδοχείς, συνδέοντας ένα μόριο σήματος, ενεργοποιούν τις ενδοκυτταρικές οδούς μεταφοράς πληροφοριών, γεγονός που οδηγεί σε αλλαγή του ρυθμού διαφόρων μεταβολικών διεργασιών.

1. Μόριο σήματος,που αλληλεπιδρά ειδικά με έναν υποδοχέα μεμβράνης κύριος αγγελιοφόρος.Διάφορες χημικές ενώσεις δρουν ως κύριοι αγγελιοφόροι - ορμόνες, νευροδιαβιβαστές, εικοσανοειδή, αυξητικοί παράγοντες ή φυσικοί παράγοντες, όπως ένα κβάντο φωτός. Οι υποδοχείς της κυτταρικής μεμβράνης που ενεργοποιούνται από τους κύριους αγγελιοφόρους μεταδίδουν τις λαμβανόμενες πληροφορίες σε ένα σύστημα πρωτεϊνών και ενζύμων που σχηματίζονται καταρράκτης μετάδοσης σήματος,παρέχοντας ενίσχυση σήματος κατά αρκετές εκατοντάδες φορές. Ο χρόνος απόκρισης του κυττάρου, ο οποίος συνίσταται στην ενεργοποίηση ή απενεργοποίηση μεταβολικών διεργασιών, μυϊκή σύσπαση, μεταφορά ουσιών από τα κύτταρα στόχους, μπορεί να είναι αρκετά λεπτά.

Μεμβράνη υποδοχείςυποδιαιρείται σε:

Υποδοχείς που περιέχουν μια υπομονάδα που δεσμεύει τον κύριο αγγελιοφόρο και ένα κανάλι ιόντων.

Υποδοχείς ικανοί να επιδεικνύουν καταλυτική δράση.

Υποδοχείς που με τη βοήθεια των G-πρωτεϊνών ενεργοποιούν το σχηματισμό δευτερογενών (ενδοκυτταρικών) αγγελιαφόρων που μεταδίδουν σήμα σε συγκεκριμένες πρωτεΐνες και ένζυμα του κυτοσώματος (Εικ. 4.10).

Οι δεύτεροι αγγελιοφόροι έχουν μικρό μοριακό βάρος, διαχέονται με υψηλό ρυθμό στο κυτταρόπλασμα του κυττάρου, αλλάζουν τη δραστηριότητα των αντίστοιχων πρωτεϊνών και στη συνέχεια διασπώνται γρήγορα ή απομακρύνονται από το κυτταρόπλασμα.

Ρύζι. 4.10. Υποδοχείς που βρίσκονται στη μεμβράνη.

Οι μεμβρανικοί υποδοχείς μπορούν να χωριστούν σε τρεις ομάδες. Υποδοχείς: 1 - που περιέχει μια υπομονάδα που δεσμεύει το μόριο σήματος και το κανάλι ιόντων, για παράδειγμα, τον υποδοχέα ακετυλοχολίνης στη μετασυναπτική μεμβράνη. 2 - που παρουσιάζει καταλυτική δράση μετά την προσθήκη ενός μορίου σήματος, για παράδειγμα, του υποδοχέα ινσουλίνης. 3, 4 - μετάδοση σήματος στο ένζυμο αδενυλική κυκλάση (AC) ή φωσφολιπάση C (PLS) με τη συμμετοχή μεμβρανικών πρωτεϊνών G, για παράδειγμα, διαφορετικών τύπων υποδοχέων για αδρεναλίνη, ακετυλοχολίνη και άλλα μόρια σηματοδότησης

Ρόλος δευτερεύοντες αγγελιοφόροιεκτελούν μόρια και ιόντα:

CAMP (κυκλική αδενοσίνη-3",5"-μονοφωσφορική);

CGMP (κυκλική γουανοσίνη-3",5"-μονοφωσφορική);

IP 3 (ινοσιτόλη-1,4,5-τριφωσφορική);

DAG (διακυλογλυκερόλη);

Υπάρχουν ορμόνες (στεροειδή και θυρεοειδής), οι οποίες περνώντας από τη λιπιδική διπλοστοιβάδα, μπείτε στο κελίκαι αλληλεπιδρούν με ενδοκυτταρικοί υποδοχείς.Μια φυσιολογικά σημαντική διαφορά μεταξύ μεμβρανικών και ενδοκυτταρικών υποδοχέων είναι ο ρυθμός απόκρισης σε ένα εισερχόμενο σήμα. Στην πρώτη περίπτωση, το αποτέλεσμα θα είναι γρήγορο και βραχύβιο, στη δεύτερη - αργό, αλλά μακροχρόνιο.

Υποδοχείς συζευγμένοι με πρωτεΐνη G

Η αλληλεπίδραση ορμονών με υποδοχείς συζευγμένους με G-πρωτεΐνη οδηγεί σε ενεργοποίηση του συστήματος μεταγωγής σήματος φωσφορικής ινοσιτόλης ή αλλαγές στη δραστηριότητα του ρυθμιστικού συστήματος αδενυλικής κυκλάσης.

2. Σύστημα αδενυλικής κυκλάσηςπεριλαμβάνει (Εικ. 4.11):

- αναπόσπαστοπρωτεΐνες κυτταροπλασματικής μεμβράνης:

R s - υποδοχέας του πρωτεύοντος αγγελιοφόρου - ενεργοποιητής του συστήματος αδενυλικής κυκλάσης (ACS).

R; - υποδοχέας του πρωτεύοντος αγγελιοφόρου - αναστολέας ACS.

Το ένζυμο αδενυλική κυκλάση (AC).

- "αγκυροβολημένος"πρωτεΐνες:

G s - πρωτεΐνη δέσμευσης GTP, που αποτελείται από α,βγ-υπομονάδες, στις οποίες (α,-υπομονάδα σχετίζεται με το μόριο GDP.

Ρύζι. 4.11. Λειτουργία του συστήματος αδενυλικής κυκλάσης

ΣΟΛ; - Πρωτεΐνη που δεσμεύει GTP, που αποτελείται από αβγ-υπομονάδες, στις οποίες α. -η υπομονάδα σχετίζεται με το μόριο του ΑΕΠ. - κυτοσολικόένζυμο πρωτεϊνικής κινάσης Α (PKA).

Αλληλουχία γεγονότων μεταγωγής σήματος πρωτογενούς αγγελιοφόρου από το σύστημα αδενυλικής κυκλάσης

Ο υποδοχέας έχει θέσεις δέσμευσης για τον πρωτεύοντα αγγελιοφόρο στην εξωτερική επιφάνεια της μεμβράνης και G-πρωτεΐνη (α,βγ-GDP) στην εσωτερική επιφάνεια της μεμβράνης. Η αλληλεπίδραση ενός ενεργοποιητή του συστήματος αδενυλικής κυκλάσης, όπως μια ορμόνη με έναν υποδοχέα (R s), οδηγεί σε αλλαγή στη διαμόρφωση του υποδοχέα. Η συγγένεια του υποδοχέα για την G..-πρωτεΐνη αυξάνεται. Η προσκόλληση του συμπλέγματος ορμόνης-υποδοχέα στο GS-GDP μειώνει τη συγγένεια της α,-υπομονάδας της G..-πρωτεΐνης για το GDP και αυξάνει τη συγγένεια για το GTP. Στην ενεργή θέση της α,-υπομονάδας, το ΑΕΠ αντικαθίσταται από το GTP. Αυτό προκαλεί αλλαγή στη διαμόρφωση της υπομονάδας α και μείωση της συγγένειάς της για τις υπομονάδες βγ. Η αποκολλημένη υπομονάδα α,-GTP μετακινείται πλευρικά στο λιπιδικό στρώμα της μεμβράνης προς το ένζυμο αδενυλική κυκλάση.

Η αλληλεπίδραση της α,-GTP με το ρυθμιστικό κέντρο της αδενυλικής κυκλάσης αλλάζει τη διαμόρφωση του ενζύμου, οδηγεί στην ενεργοποίησή του και στην αύξηση του ρυθμού σχηματισμού του δεύτερου αγγελιοφόρου - κυκλική αδενοσίνη-3,5'-μονοφωσφορική (cAMP) από την ATP. Η συγκέντρωση του cAMP αυξάνεται στο κύτταρο. Τα μόρια cAMP μπορούν να συνδεθούν αντιστρέψιμα στις ρυθμιστικές υπομονάδες της πρωτεϊνικής κινάσης Α (PKA), η οποία αποτελείται από δύο ρυθμιστικές (R) και δύο καταλυτικές (C) υπομονάδες - (R 2 C 2). Το σύμπλοκο R 2 C 2 δεν έχει ενζυματική δράση. Η προσάρτηση του cAMP στις ρυθμιστικές υπομονάδες προκαλεί αλλαγή στη διαμόρφωση τους και απώλεια συμπληρωματικότητας με τις C-υπομονάδες. Οι καταλυτικές υπομονάδες αποκτούν ενζυματική δράση.

Η ενεργή πρωτεϊνική κινάση Α, με τη βοήθεια του ATP, φωσφορυλιώνει συγκεκριμένες πρωτεΐνες στα υπολείμματα σερίνης και θρεονίνης. Η φωσφορυλίωση των πρωτεϊνών και των ενζύμων αυξάνει ή μειώνει τη δραστηριότητά τους, επομένως, ο ρυθμός των μεταβολικών διεργασιών στις οποίες συμμετέχουν αλλάζει.

Η ενεργοποίηση του μορίου σηματοδότησης του υποδοχέα R διεγείρει τη λειτουργία της πρωτεΐνης Gj, η οποία προχωρά σύμφωνα με τους ίδιους κανόνες όπως και για την πρωτεΐνη G... Όταν όμως η υπομονάδα α i-GTP αλληλεπιδρά με την αδενυλική κυκλάση, η δραστηριότητα του ενζύμου μειώνεται.

Απενεργοποίηση της αδενυλικής κυκλάσης και της πρωτεϊνικής κινάσης Α

Η α,-υπομονάδα σε σύμπλοκο με GTP, όταν αλληλεπιδρά με την αδενυλική κυκλάση, αρχίζει να εμφανίζει ενζυματική (GTP-φωσφατάση) δράση, υδρολύει την GTP. Το προκύπτον μόριο GDP παραμένει στο ενεργό κέντρο της υπομονάδας α, αλλάζει τη διαμόρφωσή του και μειώνει τη συγγένειά του για το AC. Το σύμπλεγμα AC και α,-GDP διαχωρίζει, α,-GDP περιλαμβάνεται στην G..-πρωτεΐνη. Ο διαχωρισμός του α,-GDP από την αδενυλική κυκλάση απενεργοποιεί το ένζυμο και σταματά τη σύνθεση cAMP.

Φωσφοδιεστεράση- «αγκυρωμένο» ένζυμο της κυτταροπλασματικής μεμβράνης υδρολύει τα προηγουμένως σχηματισμένα μόρια cAMP σε AMP. Μια μείωση στη συγκέντρωση του cAMP στο κύτταρο προκαλεί τη διάσπαση του συμπλόκου cAMP 4K" 2 και αυξάνει τη συγγένεια των υπομονάδων R και C και σχηματίζεται μια ανενεργή μορφή PKA.

Φωσφορυλιωμένα ένζυμα και πρωτεΐνες φωσφοπρωτεϊνική φωσφατάσηπερνούν στην αποφωσφορυλιωμένη μορφή, αλλάζει η διαμόρφωση, η δραστηριότητα και ο ρυθμός των διεργασιών στις οποίες συμμετέχουν αυτά τα ένζυμα. Ως αποτέλεσμα, το σύστημα επιστρέφει στην αρχική του κατάσταση και είναι έτοιμο να ενεργοποιηθεί ξανά όταν η ορμόνη αλληλεπιδράσει με τον υποδοχέα. Έτσι, διασφαλίζεται η αντιστοιχία της περιεκτικότητας σε ορμόνες στο αίμα και η ένταση της απόκρισης των κυττάρων-στόχων.

3. Συμμετοχή του συστήματος αδενυλικής κυκλάσης στη ρύθμιση της γονιδιακής έκφρασης.Πολλές πρωτεϊνικές ορμόνες: γλυκαγόνη, βαζοπρεσίνη, παραθυρεοειδική ορμόνη κ.λπ., που μεταδίδουν το σήμα τους μέσω του συστήματος αδενυλικής κυκλάσης, μπορούν όχι μόνο να προκαλέσουν αλλαγή στον ρυθμό των αντιδράσεων με φωσφορυλίωση των ενζύμων που υπάρχουν ήδη στο κύτταρο, αλλά και να αυξήσουν ή να μειώσουν τον αριθμό τους με ρύθμιση της γονιδιακής έκφρασης (Εικ. 4.12). Η ενεργή πρωτεϊνική κινάση Α μπορεί να περάσει στον πυρήνα και να φωσφορυλιώσει έναν παράγοντα μεταγραφής (CREB). Προσχώρηση φωσφορικού

Ρύζι. 4.12. Μονοπάτι αδενυλικής κυκλάσης που οδηγεί στην έκφραση συγκεκριμένων γονιδίων

Το υπόλειμμα αυξάνει τη συγγένεια του παράγοντα μεταγραφής (CREB-(P) για τη συγκεκριμένη αλληλουχία της ρυθμιστικής ζώνης DNA-CRE (στοιχείο απόκρισης cAMP) και διεγείρει την έκφραση ορισμένων γονιδίων πρωτεΐνης.

Οι συντιθέμενες πρωτεΐνες μπορεί να είναι ένζυμα, η αύξηση της ποσότητας των οποίων αυξάνει τον ρυθμό των αντιδράσεων των μεταβολικών διεργασιών ή φορείς μεμβράνης που εξασφαλίζουν την είσοδο ή την έξοδο από το κύτταρο ορισμένων ιόντων, νερού ή άλλων ουσιών.

Ρύζι. 4.13. Σύστημα φωσφορικής ινοσιτόλης

Το έργο του συστήματος παρέχεται από πρωτεΐνες: καλμοδουλίνη, ενζυμική πρωτεϊνική κινάση C, Ca 2 + -καλμοδουλινο-εξαρτώμενες πρωτεϊνικές κινάσες, ρυθμισμένα κανάλια Ca 2 + της μεμβράνης του ενδοπλασματικού δικτύου, Ca 2 + -ATPάση κυτταρικών και μιτοχονδριακών μεμβρανών.

Αλληλουχία γεγονότων μεταγωγής σήματος πρωτογενούς αγγελιοφόρου από το σύστημα φωσφορικής ινοσιτόλης

Η δέσμευση του ενεργοποιητή του συστήματος φωσφορικής ινοσιτόλης στον υποδοχέα (R) οδηγεί σε αλλαγή της διάταξής του. Η συγγένεια του υποδοχέα για την πρωτεΐνη Gf ls αυξάνεται. Η προσάρτηση του πρωτεύοντος συμπλέγματος αγγελιοφόρου-υποδοχέα στο Gf ls-GDP μειώνει τη συγγένεια της υπομονάδας af ls για το GDP και αυξάνει τη συγγένεια για το GTP. Στην ενεργή τοποθεσία, η υπομονάδα af ls του ΑΕΠ αντικαθίσταται από το GTP. Αυτό προκαλεί μια αλλαγή στη διαμόρφωση της υπομονάδας af ls και μείωση της συγγένειας για τις υπομονάδες βγ, και λαμβάνει χώρα διάσταση της πρωτεΐνης Gf ls. Η αποσπασμένη υπομονάδα af ls-GTP κινείται πλευρικά κατά μήκος της μεμβράνης προς το ένζυμο φωσφολιπάση C.

Η αλληλεπίδραση των aphls-GTP με τη θέση δέσμευσης της φωσφολιπάσης C αλλάζει τη διαμόρφωση και τη δραστηριότητα του ενζύμου, αυξάνει τον ρυθμό υδρόλυσης του φωσφολιπιδίου της κυτταρικής μεμβράνης - 4,5-διφωσφορική φωσφατιδυλινοσιτόλη (FIF 2) (Εικ. 4.14).

Ρύζι. 4.14. Υδρόλυση 4,5-διφωσφορικής φωσφατιδυλινοσιτόλης (FIF 2)

Κατά τη διάρκεια της αντίδρασης, σχηματίζονται δύο προϊόντα - δευτερεύοντες αγγελιοφόροι του ορμονικού σήματος (δευτερογενείς αγγελιοφόροι): η διακυλογλυκερόλη, η οποία παραμένει στη μεμβράνη και εμπλέκεται στην ενεργοποίηση του ενζύμου πρωτεϊνικής κινάσης C και η ινοσιτόλη-1,4,5-τριφωσφορική (IF 3), η οποία, ως υδρόφιλη ένωση, εισέρχεται στο κυτταρόπλασμα. Έτσι, το σήμα που λαμβάνεται από τον κυτταρικό υποδοχέα διχάζεται. Το IP 3 δεσμεύεται σε συγκεκριμένα κέντρα του καναλιού Ca 2+ της μεμβράνης του ενδοπλασματικού δικτύου (Ε), γεγονός που οδηγεί σε αλλαγή της πρωτεϊνικής διαμόρφωσης και το άνοιγμα του καναλιού Ca 2+. Δεδομένου ότι η συγκέντρωση ασβεστίου στο ER είναι περίπου 3-4 τάξεις μεγέθους υψηλότερη από ό,τι στο κυτταρόπλασμα, μετά το άνοιγμα του καναλιού Ca 2+, εισέρχεται στο κυτταρόπλασμα κατά μήκος της βαθμίδας συγκέντρωσης. Σε απουσία IF 3 στο κυτταρόπλασμα, το κανάλι είναι κλειστό.

Το κυτταρόπλασμα όλων των κυττάρων περιέχει μια μικρή πρωτεΐνη που ονομάζεται καλμοδουλίνη, η οποία έχει τέσσερις θέσεις δέσμευσης Ca 2+. Με αυξανόμενη συγκέντρωση

ασβέστιο, προσκολλάται ενεργά στην καλμοδουλίνη, σχηματίζοντας ένα σύμπλοκο 4Са 2+ -καλμοδουλίνη. Αυτό το σύμπλεγμα αλληλεπιδρά με πρωτεϊνικές κινάσες που εξαρτώνται από την καλμοδουλίνη Ca2+ και άλλα ένζυμα και αυξάνει τη δραστηριότητά τους. Η ενεργοποιημένη πρωτεϊνική κινάση που εξαρτάται από το Ca2+-καλμοδουλίνη φωσφορυλιώνει ορισμένες πρωτεΐνες και ένζυμα, με αποτέλεσμα να αλλάζει η δραστηριότητά τους και ο ρυθμός των μεταβολικών διεργασιών στις οποίες συμμετέχουν.

Η αύξηση της συγκέντρωσης του Ca 2+ στο κυτταρόπλασμα του κυττάρου αυξάνει τον ρυθμό αλληλεπίδρασης του Ca 2 + με ένα ανενεργό κυτταροπλασματικό ένζυμο πρωτεϊνική κινάση C (PKC).Η δέσμευση της PKC με ιόντα ασβεστίου διεγείρει την κίνηση της πρωτεΐνης προς την πλασματική μεμβράνη και επιτρέπει στο ένζυμο να αλληλεπιδράσει με τις αρνητικά φορτισμένες «κεφαλές» των μορίων της μεμβράνης φωσφατιδυλοσερίνης (PS). Η διακυλογλυκερόλη, που καταλαμβάνει συγκεκριμένες θέσεις στην πρωτεϊνική κινάση C, αυξάνει περαιτέρω τη συγγένειά της για τα ιόντα ασβεστίου. Στην εσωτερική πλευρά της μεμβράνης, σχηματίζεται μια ενεργή μορφή PKC (PKC? Ca2+? PS? DAG), η οποία φωσφορυλιώνει συγκεκριμένα ένζυμα.

Η ενεργοποίηση του συστήματος IF είναι βραχύβια και αφού το κύτταρο ανταποκριθεί στο ερέθισμα, αδρανοποιούνται τα ένζυμα που εξαρτώνται από τη φωσφολιπάση C, την κινάση πρωτεΐνης C και το Ca2+-καλμοδουλίνη. af ls - Η υπομονάδα σε σύμπλοκο με GTP και φωσφολιπάση C παρουσιάζει ενζυματική (GTP-φωσφατάση) δράση, υδρολύει την GTP. Η δεσμευμένη στο GDP υπομονάδα af ls χάνει τη συγγένειά της για τη φωσφολιπάση C και επιστρέφει στην αρχική της ανενεργή κατάσταση, δηλ. περιλαμβάνεται στο σύμπλοκο αβγ-GDP Gf ls-πρωτεΐνη).

Ο διαχωρισμός του af ls-GDF από τη φωσφολιπάση C απενεργοποιεί το ένζυμο και σταματά η υδρόλυση του FIF 2. Η αύξηση της συγκέντρωσης του Ca 2+ στο κυτταρόπλασμα ενεργοποιεί την Ca 2+ -ATPase του ενδοπλασματικού δικτύου, την κυτταροπλασματική μεμβράνη, η οποία «αντλάει» Ca 2+ από το κυτταρόπλασμα του κυττάρου. Οι φορείς Na+/Ca 2+- και H+/Ca 2+ συμμετέχουν επίσης σε αυτή τη διαδικασία, λειτουργώντας σύμφωνα με την αρχή του ενεργού αντιπορτικού. Η μείωση της συγκέντρωσης Ca 2+ οδηγεί σε διάσταση και αδρανοποίηση των ενζύμων που εξαρτώνται από Ca 2+ - καλμοδουλίνη, καθώς και σε απώλεια της συγγένειας της πρωτεϊνικής κινάσης C για τα λιπίδια της μεμβράνης και σε μείωση της δραστηριότητάς της.

Το IP 3 και το DAG που σχηματίζονται ως αποτέλεσμα της ενεργοποίησης του συστήματος μπορούν και πάλι να αλληλεπιδράσουν μεταξύ τους και να μετατραπούν σε φωσφατιδυλινοσιτόλη-4,5-διφωσφορική.

Τα φωσφορυλιωμένα ένζυμα και οι πρωτεΐνες υπό τη δράση της φωσφοπρωτεϊνικής φωσφατάσης μετατρέπονται σε αποφωσφορυλιωμένη μορφή, η διαμόρφωση και η δραστηριότητά τους αλλάζουν.

5. Καταλυτικοί υποδοχείς.Οι καταλυτικοί υποδοχείς είναι ένζυμα. Οι ενεργοποιητές αυτών των ενζύμων μπορεί να είναι ορμόνες, αυξητικοί παράγοντες, κυτοκίνες. Στην ενεργή μορφή, τα ένζυμα-υποδοχείς φωσφορυλιώνουν συγκεκριμένες πρωτεΐνες στις ομάδες -ΟΗ της τυροσίνης, επομένως ονομάζονται πρωτεϊνικές κινάσες τυροσίνης (Εικ. 4.15). Μέσω ειδικών μηχανισμών, το σήμα που λαμβάνει ο καταλυτικός υποδοχέας μπορεί να μεταδοθεί στον πυρήνα, όπου διεγείρει ή καταστέλλει την έκφραση ορισμένων γονιδίων.

Ρύζι. 4.15. Ενεργοποίηση του υποδοχέα ινσουλίνης.

Η φωσφοπρωτεϊνική φωσφατάση αποφωσφορυλιώνει συγκεκριμένες φωσφοπρωτεΐνες.

Η φωσφοδιεστεράση μετατρέπει το cAMP σε AMP και το cGMP σε GMP.

GLUT 4 - μεταφορείς γλυκόζης σε ινσουλινοεξαρτώμενους ιστούς.

Η πρωτεϊνική φωσφατάση τυροσίνης αποφωσφορυλιώνει τη β-υπομονάδα του υποδοχέα

ινσουλίνη

Ένα παράδειγμα καταλυτικού υποδοχέα είναι υποδοχέας ινσουλίνης,που αποτελείται από δύο α- και δύο β-υπομονάδες. Οι α-υπομονάδες βρίσκονται στην εξωτερική επιφάνεια της κυτταρικής μεμβράνης, οι β-υπομονάδες διεισδύουν στη διπλή στιβάδα της μεμβράνης. Η θέση δέσμευσης ινσουλίνης σχηματίζεται από τις Ν-τελικές περιοχές των α-υπομονάδων. Το καταλυτικό κέντρο του υποδοχέα βρίσκεται στις ενδοκυτταρικές περιοχές των β-υπομονάδων. Το κυτοσολικό τμήμα του υποδοχέα έχει αρκετά υπολείμματα τυροσίνης που μπορούν να φωσφορυλιωθούν και να αποφωσφορυλιωθούν.

Η προσκόλληση της ινσουλίνης στη θέση δέσμευσης που σχηματίζεται από τις α-υπομονάδες προκαλεί συνεργατικές διαμορφωτικές αλλαγές στον υποδοχέα. Οι β-υπομονάδες επιδεικνύουν δραστηριότητα κινάσης τυροσίνης και καταλύουν την τρανςαυτοφωσφορυλίωση (η πρώτη β-υπομονάδα φωσφορυλιώνει τη δεύτερη β-υπομονάδα και αντίστροφα) σε πολλά υπολείμματα τυροσίνης. Η φωσφορυλίωση οδηγεί σε αλλαγή στο φορτίο, τη διαμόρφωση και την εξειδίκευση του υποστρώματος του ενζύμου (Tyr-PA). Η τυροσίνη-PK φωσφορυλιώνει ορισμένες κυτταρικές πρωτεΐνες, οι οποίες ονομάζονται υποστρώματα υποδοχέα ινσουλίνης. Με τη σειρά τους, αυτές οι πρωτεΐνες εμπλέκονται στην ενεργοποίηση ενός καταρράκτη αντιδράσεων φωσφορυλίωσης:

φωσφοπρωτεϊνική φωσφατάση(FPF), το οποίο αποφωσφορυλιώνει συγκεκριμένες φωσφοπρωτεΐνες.

φωσφοδιεστεράση,που μετατρέπει το cAMP σε AMP και το cGMP σε GMP.

GLUT 4- φορείς γλυκόζης σε ινσουλινοεξαρτώμενους ιστούς, επομένως, η πρόσληψη γλυκόζης στα κύτταρα των μυών και του λιπώδους ιστού αυξάνεται.

πρωτεϊνική φωσφατάση τυροσίνηςπου αποφωσφορυλιώνει τη β-υπομονάδα του υποδοχέα ινσουλίνης.

πυρηνικές ρυθμιστικές πρωτεΐνες, παράγοντες μεταγραφής,αύξηση ή μείωση της γονιδιακής έκφρασης ορισμένων ενζύμων.

Εφαρμογή Εφέ αυξητικούς παράγοντεςμπορεί να πραγματοποιηθεί χρησιμοποιώντας καταλυτικούς υποδοχείς, οι οποίοι αποτελούνται από μία μόνο πολυπεπτιδική αλυσίδα, αλλά σχηματίζουν διμερή κατά τη σύνδεση του πρωτεύοντος αγγελιοφόρου. Όλοι οι υποδοχείς αυτού του τύπου έχουν μια εξωκυτταρική γλυκοζυλιωμένη περιοχή, μια διαμεμβράνη (α-έλικα) και μια κυτταροπλασματική περιοχή ικανή να επιδεικνύει δραστηριότητα πρωτεϊνικής κινάσης κατά την ενεργοποίηση.

Ο διμερισμός προάγει την ενεργοποίηση των καταλυτικών ενδοκυτταρικών περιοχών τους, οι οποίες πραγματοποιούν διααυτοφωσφορυλίωση στα υπολείμματα αμινοξέων της σερίνης, της θρεονίνης ή της τυροσίνης. Η προσκόλληση υπολειμμάτων φωσφόρου οδηγεί στο σχηματισμό θέσεων δέσμευσης για συγκεκριμένες κυτταροπλασματικές πρωτεΐνες στον υποδοχέα και ενεργοποίηση του καταρράκτη μεταγωγής σήματος πρωτεϊνικής κινάσης (Εικ. 4.16).

Η αλληλουχία των γεγονότων μετάδοσης σήματος των πρωτογενών αγγελιοφόρων (αυξητικοί παράγοντες) με τη συμμετοχή των πρωτεϊνών Ras- και Raf.

Η δέσμευση του υποδοχέα (R) με τον αυξητικό παράγοντα (GF) οδηγεί στον διμερισμό και την τρανςαυτοφωσφορυλίωση του. Ο φωσφορυλιωμένος υποδοχέας αποκτά συγγένεια για την πρωτεΐνη Grb2. Το σχηματιζόμενο σύμπλεγμα FR*R*Grb2 αλληλεπιδρά με την κυτοσολική πρωτεΐνη SOS. Αλλαγή διαμόρφωσης SOS

εξασφαλίζει την αλληλεπίδρασή του με την αγκυρωμένη πρωτεΐνη μεμβράνης Ras-GDF. Ο σχηματισμός του συμπλόκου FR?R?Grb2?SOS?Ras-GDP μειώνει τη συγγένεια της πρωτεΐνης Ras για το GDP και αυξάνει τη συγγένεια για το GTP.

Η αντικατάσταση του GDP από το GTP αλλάζει τη διαμόρφωση της πρωτεΐνης Ras, η οποία απελευθερώνεται από το σύμπλοκο και αλληλεπιδρά με την πρωτεΐνη Raf στην περιοχή της μεμβράνης. Το σύμπλεγμα Ras-GTP-Raf εμφανίζει δραστηριότητα πρωτεϊνικής κινάσης και φωσφορυλιώνει το ένζυμο κινάση ΜΕΚ. Η ενεργοποιημένη κινάση ΜΕΚ με τη σειρά της φωσφορυλιώνει την κινάση ΜΑΡ σε θρεονίνη και τυροσίνη.

Εικ.4.16. Καταρράκτης κινάσης MAP.

Οι υποδοχείς αυτού του τύπου έχουν επιδερμικό αυξητικό παράγοντα (EGF), νευρικό αυξητικό παράγοντα (NGF) και άλλους αυξητικούς παράγοντες.

Grb2 - μια πρωτεΐνη που αλληλεπιδρά με τον υποδοχέα του αυξητικού παράγοντα (πρωτεΐνη που δεσμεύει τον αυξητικό υποδοχέα). SOS (GEF) - παράγοντας ανταλλαγής GDP-GTP (παράγοντας ανταλλαγής νουκλεοτιδίων γουανίνης). Ras - G-πρωτεΐνη (τριφωσφατάση γουανιδίνης); Raf-κινάση - στην ενεργή της μορφή - φωσφορυλιωτική ΜΕΚ-κινάση. MEK κινάση - MAP κινάση κινάσης; MAP κινάση - ενεργοποιημένη από μιτογόνο πρωτεϊνική κινάση (ενεργοποιημένη από μιτογόνο κινάση πρωτεΐνης)

Η προσκόλληση της ομάδας -PO 3 2 - στις ρίζες αμινοξέων της κινάσης ΜΑΡ αλλάζει το φορτίο, τη διαμόρφωση και τη δράση της. Το ένζυμο φωσφορυλιώνει συγκεκριμένες πρωτεΐνες των μεμβρανών, το κυτταρόπλασμα και τον πυρήνα για σερίνη και θρεονίνη.

Οι αλλαγές στη δραστηριότητα αυτών των πρωτεϊνών επηρεάζουν τον ρυθμό των μεταβολικών διεργασιών, τη λειτουργία των μεμβρανικών τρανλοκασών και τη μιτωτική δραστηριότητα των κυττάρων-στόχων.

Υποδοχείς με δραστηριότητα γουανυλικής κυκλάσηςαναφέρονται επίσης ως καταλυτικοί υποδοχείς. Γουανυλική κυκλάσηκαταλύει το σχηματισμό cGMP από το GTP, το οποίο είναι ένας από τους σημαντικούς αγγελιοφόρους (διαμεσολαβητές) της ενδοκυτταρικής μετάδοσης σήματος (Εικ. 4.17).

Ρύζι. 4.17. Ρύθμιση της δραστικότητας της μεμβρανικής γουανυλικής κυκλάσης.

Η συνδεδεμένη με τη μεμβράνη γουανυλική κυκλάση (GC) είναι μια διαμεμβρανική γλυκοπρωτεΐνη. Το κέντρο δέσμευσης του μορίου σήματος βρίσκεται στην εξωκυτταρική περιοχή, η ενδοκυτταρική περιοχή της γουανυλικής κυκλάσης παρουσιάζει καταλυτική δραστηριότητα ως αποτέλεσμα της ενεργοποίησης

Η σύνδεση του κύριου αγγελιοφόρου στον υποδοχέα ενεργοποιεί τη γουανυλική κυκλάση, η οποία καταλύει τη μετατροπή της GTP σε κυκλική 3,5'-μονοφωσφορική γουανοσίνη (cGMP), τον δεύτερο αγγελιοφόρο. Η συγκέντρωση της cGMP αυξάνεται στο κύτταρο. Τα μόρια cGMP μπορούν να προσκολληθούν αναστρέψιμα στα ρυθμιστικά κέντρα της πρωτεϊνικής κινάσης G (PKG5), η οποία αποτελείται από δύο υπομονάδες. Τέσσερα μόρια cGMP αλλάζουν τη διαμόρφωση και τη δραστηριότητα του ενζύμου. Η ενεργή πρωτεϊνική κινάση G καταλύει τη φωσφορυλίωση ορισμένων πρωτεϊνών και ενζύμων στο κυτταρικό κυτταρόπλασμα. Ένας από τους κύριους αγγελιοφόρους της πρωτεϊνικής κινάσης G είναι ο κολπικός νατριουρητικός παράγοντας (ANF), ο οποίος ρυθμίζει την ομοιόσταση των υγρών στο σώμα.

6. Μετάδοση σήματος με χρήση ενδοκυτταρικών υποδοχέων.Οι χημικά υδρόφοβες ορμόνες (στεροειδείς ορμόνες και θυροξίνη) μπορούν να διαχέονται μέσω των μεμβρανών, έτσι οι υποδοχείς τους βρίσκονται στο κυτταρόπλασμα ή στον πυρήνα του κυττάρου.

Οι κυτοσολικοί υποδοχείς συνδέονται με μια πρωτεΐνη συνοδού που αποτρέπει την πρόωρη ενεργοποίηση του υποδοχέα. Οι πυρηνικοί και κυτοσολικοί υποδοχείς για στεροειδείς και θυρεοειδικές ορμόνες περιέχουν μια περιοχή δέσμευσης DNA που διασφαλίζει την αλληλεπίδραση του συμπλέγματος ορμόνης-υποδοχέα με τις ρυθμιστικές περιοχές του DNA στον πυρήνα και τις αλλαγές στον ρυθμό μεταγραφής.

Ακολουθία γεγονότων που οδηγεί σε αλλαγή στον ρυθμό μεταγραφής

Η ορμόνη διέρχεται από τη λιπιδική διπλοστιβάδα της κυτταρικής μεμβράνης. Στο κυτταρόπλασμα ή στον πυρήνα, η ορμόνη αλληλεπιδρά με τον υποδοχέα. Το σύμπλεγμα ορμόνης-υποδοχέα περνά στον πυρήνα και προσκολλάται στη ρυθμιστική νουκλεοτιδική αλληλουχία του DNA - ενισχυτής(Εικ. 4.18) ή σιγαστήρας.Η διαθεσιμότητα του προαγωγέα για RNA πολυμεράση αυξάνεται κατά την αλληλεπίδραση με έναν ενισχυτή ή μειώνεται κατά την αλληλεπίδραση με έναν σιγαστήρα. Αντίστοιχα, ο ρυθμός μεταγραφής ορισμένων δομικών γονιδίων αυξάνεται ή μειώνεται. Τα ώριμα mRNA απελευθερώνονται από τον πυρήνα. Ο ρυθμός μετάφρασης ορισμένων πρωτεϊνών αυξάνεται ή μειώνεται. Η ποσότητα των πρωτεϊνών που επηρεάζουν το μεταβολισμό και τη λειτουργική κατάσταση του κυττάρου αλλάζει.

Σε κάθε κύτταρο, υπάρχουν υποδοχείς που περιλαμβάνονται σε διαφορετικά συστήματα μετατροπέων σήματος που μετατρέπουν όλα τα εξωτερικά σήματα σε ενδοκυτταρικά. Ο αριθμός των υποδοχέων για έναν συγκεκριμένο πρώτο αγγελιοφόρο μπορεί να κυμαίνεται από 500 έως πάνω από 100.000 ανά κύτταρο. Βρίσκονται στη μεμβράνη σε απόσταση μεταξύ τους ή συγκεντρώνονται σε ορισμένες περιοχές της.

Ρύζι. 4.18. Μετάδοση σήματος σε ενδοκυτταρικούς υποδοχείς

β) από τον πίνακα, επιλέξτε τα λιπίδια που εμπλέκονται σε:

1. Ενεργοποίηση πρωτεϊνικής κινάσης C

2. Αντιδράσεις σχηματισμού DAG υπό τη δράση της φωσφολιπάσης C

3. Σχηματισμός περιβλημάτων μυελίνης νευρικών ινών

γ) γράψτε την αντίδραση υδρόλυσης του λιπιδίου που επιλέξατε στην παράγραφο 2.

δ) υποδείξτε ποιο από τα προϊόντα υδρόλυσης εμπλέκεται στη ρύθμιση του καναλιού Ca 2 + του ενδοπλασματικού δικτύου.

2. Επιλέξτε τις σωστές απαντήσεις.

Η διαμορφωτική αστάθεια των πρωτεϊνών-φορέων μπορεί να επηρεαστεί από:

Β. Μεταβολή του ηλεκτρικού δυναμικού κατά μήκος της μεμβράνης

Β. Προσκόλληση συγκεκριμένων μορίων Δ. Σύνθεση λιπαρών οξέων λιπιδίων διπλής στιβάδας Ε. Ποσότητα μεταφερόμενης ουσίας

3. Σετ αγώνα:

Α. κανάλι ασβεστίου ER Β. Ca2 +-ATPase

D. Ka + εξαρτώμενος φορέας Ca2 + D. Ν +, Κ + -ATPάση

1. Μεταφέρει Na+ κατά μήκος της βαθμίδας συγκέντρωσης

2. Λειτουργεί με τον μηχανισμό της διευκολυνόμενης διάχυσης

3. Μεταφέρει Na+ έναντι της βαθμίδας συγκέντρωσης

4. Μεταφέρετε το τραπέζι. 4.2. σημειωματάριο και συμπληρώστε το.

Πίνακας 4.2. Συστήματα αδενυλικής κυκλάσης και φωσφορικής ινοσιτόλης

Δομή και στάδια λειτουργίας	Σύστημα αδενυλικής κυκλάσης	Σύστημα φωσφορικής ινοσιτόλης
Παράδειγμα κύριου αγγελιοφόρου συστήματος
Ενσωματωμένη πρωτεΐνη της κυτταρικής μεμβράνης που αλληλεπιδρά συμπληρωματικά με τον κύριο αγγελιοφόρο
Πρωτεΐνη ενεργοποίησης ενζύμου σηματοδότησης
Ενζυμικό σύστημα που σχηματίζει δευτερεύοντα(ε)αγγελιοφόρο(ους)
Δευτερεύων αγγελιοφόρος(οι) του συστήματος
Κυτοσολικό (ε) ένζυμο (α) του συστήματος που αλληλεπιδρά (ε) με έναν δεύτερο αγγελιοφόρο
Ο μηχανισμός ρύθμισης (σε αυτό το σύστημα) της δραστηριότητας των ενζύμων των μεταβολικών οδών
Μηχανισμοί για τη μείωση της συγκέντρωσης των δεύτερων αγγελιοφόρων στο κύτταρο στόχο
Ο λόγος για τη μείωση της δραστηριότητας του ενζύμου της μεμβράνης του συστήματος σηματοδότησης

ΚΑΘΗΚΟΝΤΑ ΑΥΤΟΕΛΕΓΧΟΥ

1. Σετ αγώνα:

Α. Παθητικό σύμπτωμα Β. Παθητικό αντίλιμνο

Β. Ενδοκυττάρωση Δ. Εξωκυττάρωση

Δ. Πρωτοβάθμια ενεργή μεταφορά

1. Η μεταφορά μιας ουσίας στο κύτταρο γίνεται μαζί με ένα τμήμα της πλασματικής μεμβράνης

2. Ταυτόχρονα, δύο διαφορετικές ουσίες περνούν στο κύτταρο κατά μήκος της βαθμίδας συγκέντρωσης

3. Η μεταφορά ουσιών αντίκειται στη βαθμίδα συγκέντρωσης

2. Διάλεξε την σωστή απάντηση.

αγ-Η υπομονάδα G-πρωτεΐνης που σχετίζεται με GTP ενεργοποιεί:

Α. Υποδοχέας

Β. Πρωτεϊνική κινάση Α

Β. Φωσφοδιεστεράση Δ. Αδενυλική κυκλάση Ε. Πρωτεϊνική κινάση C

3. Ορίστε έναν αγώνα.

Λειτουργία:

Α. Ρυθμίζει τη δραστηριότητα του καταλυτικού υποδοχέα Β. Ενεργοποιεί τη φωσφολιπάση C

Β. Μετατρέπει την πρωτεϊνική κινάση Α στην ενεργό της μορφή

Δ. Αυξάνει τη συγκέντρωση του Ca 2+ στο κυτταρόπλασμα του κυττάρου Ε. Ενεργοποιεί την πρωτεϊνική κινάση C

Δεύτερος αγγελιοφόρος:

4. Ορίστε έναν αγώνα.

Λειτουργία:

Α. Δυνατότητα πλευρικής διάχυσης στη διπλή στιβάδα της μεμβράνης

Β. Σε συνδυασμό με τον κύριο αγγελιοφόρο, ενώνεται με τον ενισχυτή

Β. Δείχνει ενζυματική δραστηριότητα όταν αλληλεπιδρά με τον κύριο αγγελιοφόρο

G. Μπορεί να αλληλεπιδράσει με την G-πρωτεΐνη

Δ. Αλληλεπιδρά με τη φωσφολιπάση C κατά τη μετάδοση σήματος Αισθητήριο νεύρο:

1. Ινσουλίνη

2. Αδρεναλίνη

3. Στεροειδής ορμόνη

5. Ολοκληρώστε την εργασία "αλυσίδα":

ένα) Οι πεπτιδικές ορμόνες αλληλεπιδρούν με τους υποδοχείς:

Α. Στο κυτταρόπλασμα του κυττάρου

Β. Ολοκληρωμένες πρωτεΐνες των μεμβρανών των κυττάρων-στόχων

Β. Στον πυρήνα του κυττάρου

Ζ. Ομοιοπολικά συνδεδεμένο με το FIF 2

σι) η αλληλεπίδραση ενός τέτοιου υποδοχέα με μια ορμόνη προκαλεί αύξηση της συγκέντρωσης στο κύτταρο:

Α. Ορμόνη

Β. Ενδιάμεσοι μεταβολίτες

Β. Δεύτεροι αγγελιοφόροι Δ. Πυρηνικές πρωτεΐνες

σε) αυτά τα μόρια μπορεί να είναι:

Α. TAG B. GTP

Β. FIF 2 D. cAMP

ΣΟΛ) ενεργοποιούν:

Α. Αδενυλική κυκλάση

Β. Ca2+-εξαρτώμενη καλμοδουλίνη

Β. Πρωτεϊνική κινάση Α Δ. Φωσφολιπάση C

ε) αυτό το ένζυμο αλλάζει τον ρυθμό των μεταβολικών διεργασιών στο κύτταρο με:

Α. Αύξηση της συγκέντρωσης Ca 2 + στο κυτταρόπλασμα Β. Φωσφορυλίωση ρυθμιστικών ενζύμων

Β. Ενεργοποίηση πρωτενφωσφατάσης

Δ. Αλλαγές στην έκφραση των ρυθμιστικών πρωτεϊνικών γονιδίων

6. Ολοκληρώστε την εργασία "αλυσίδα":

ένα) Η προσκόλληση ενός αυξητικού παράγοντα (GF) στον υποδοχέα (R) οδηγεί σε:

Α. Αλλαγές στον εντοπισμό του συμπλέγματος FR-R

Β. Διμερισμός και διααυτοφωσφορυλίωση του υποδοχέα

Β. Αλλαγή στη διαμόρφωση του υποδοχέα και σύνδεση με την πρωτεΐνη Gs Δ. Μετακίνηση του συμπλέγματος FR-R

σι) Τέτοιες αλλαγές στη δομή του υποδοχέα αυξάνουν τη συγγένειά του για την επιφανειακή πρωτεΐνη της μεμβράνης:

B. Raf G. Grb2

σε) Αυτή η αλληλεπίδραση αυξάνει την πιθανότητα προσκόλλησης στο σύμπλεγμα κυτταροπλασματικής πρωτεΐνης:

A. Kalmodulina B. Ras

Β. ΤΕΕ Δ. SOS

ΣΟΛ) που αυξάνει τη συμπληρωματικότητα του συμπλέγματος με την «αγκυρωμένη» πρωτεΐνη:

μι) μια αλλαγή στη διαμόρφωση της «αγκυρωμένης» πρωτεΐνης μειώνει τη συγγένειά της για:

Α. cAMP Β. GTP

B. GDF G. ATP

μι) αυτή η ουσία αντικαθίσταται από:

A. GDF B. AMP

Β. cGMP Δ. GTP

και) η προσκόλληση ενός νουκλεοτιδίου προάγει την αλληλεπίδραση της «αγκυρωμένης» πρωτεΐνης με:

Α. ΡΚΑ Β. Καλμοδουλίνη

η) Αυτή η πρωτεΐνη είναι μέρος ενός συμπλέγματος που φωσφορυλιώνει:

Α. ΜΕΚ κινάση Β. Πρωτεϊνική κινάση C

Β. Πρωτεϊνική κινάση Α Δ. ΜΑΡ κινάση

και) Αυτό το ένζυμο με τη σειρά του ενεργοποιεί:

Α. ΜΕΚ κινάση Β. Πρωτεϊνική κινάση G

Β. Raf πρωτεΐνη D. MAP κινάση

ι) Η φωσφορυλίωση πρωτεΐνης αυξάνει τη συγγένειά της για:

Α. Πρωτεΐνες SOS και Raf Β. Πυρηνικές ρυθμιστικές πρωτεΐνες Β. Καλμοδουλίνη Δ. Πυρηνικοί υποδοχείς

ια) η ενεργοποίηση αυτών των πρωτεϊνών οδηγεί σε:

Α. Αποφωσφορυλίωση της GTP στο ενεργό κέντρο της πρωτεΐνης Ras Β. Μειωμένη συγγένεια του υποδοχέα για τον αυξητικό παράγοντα

Β. Αύξηση του ρυθμού βιοσύνθεσης μήτρας Δ. Διάσταση του συμπλέγματος SOS-Grb2

ιγ) ως αποτέλεσμα αυτού:

Α. Η πρωτεΐνη SOS απελευθερώνεται από τον υποδοχέα

Β. Παρουσιάζεται διάσταση των πρωτομερών υποδοχέα (R).

Β. Η πρωτεΐνη Ras διαχωρίζεται από την πρωτεΐνη Raf

Δ. Η πολλαπλασιαστική δραστηριότητα του κυττάρου στόχου αυξάνεται.

ΠΡΟΤΥΠΑ ΑΠΑΝΤΗΣΕΩΝ ΣΤΑ "ΚΑΘΗΚΟΝΤΑ ΓΙΑ ΑΥΤΟΕΛΕΓΧΟ"

1. 1-Β, 2-Α, 3-Δ

3. 1-Β, 2-Δ, 3-Δ

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

5. α) Β, β) Γ, γ) Δ, δ) Γ, ε) Β

6. α) Β, β) Δ, γ) Δ, δ) Α, ε) Β, στ) Δ, ζ) Δ, η) Α, i) Δ, ι) Γ, ιβ) Γ, ιγ) Δ

ΒΑΣΙΚΟΙ ΟΡΟΙ ΚΑΙ ΕΝΝΟΙΕΣ

1. Δομή και λειτουργίες των μεμβρανών

2. Μεταφορά ουσιών διαμέσου των μεμβρανών

3. Δομικά χαρακτηριστικά των μεμβρανικών πρωτεϊνών

4. Διαμεμβρανικά συστήματα μεταγωγής σήματος (αδενυλική κυκλάση, φωσφορική ινοσιτόλη, γουανυλική κυκλάση, καταλυτικοί και ενδοκυτταρικοί υποδοχείς)

5. Βασικοί αγγελιοφόροι

6. Δευτερεύοντες αγγελιοφόροι (μεσάζοντες)

ΕΡΓΑΣΙΕΣ ΓΙΑ ΑΚΟΥΣΤΙΚΕΣ ΕΡΓΑΣΙΕΣ

1. Βλέπε εικ. 4.19 και ολοκληρώστε τις παρακάτω εργασίες:

α) ονομάστε τον τρόπο μεταφοράς·

β) ορίστε τη σειρά των γεγονότων:

Α. Cl - φεύγει από το κύτταρο κατά μήκος της βαθμίδας συγκέντρωσης

Β. Η πρωτεϊνική κινάση Α φωσφορυλιώνει την R-υπομονάδα του διαύλου

Β. Αλλαγές στη διαμόρφωση της υπομονάδας R

Δ. Συμβαίνουν συνεργατικές διαμορφωτικές αλλαγές στην πρωτεΐνη της μεμβράνης

Δ. Το σύστημα αδενυλικής κυκλάσης ενεργοποιείται

Ρύζι. 4.19. Λειτουργία του καναλιού C1 του εντερικού ενδοθηλίου.

Το R είναι μια ρυθμιστική πρωτεΐνη που μετατρέπεται σε φωσφορυλιωμένη μορφή με τη δράση της πρωτεϊνικής κινάσης Α (PKA)

γ) συγκρίνετε τη λειτουργία του καναλιού Ca 2+ της μεμβράνης του ενδοπλασματικού δικτύου και του καναλιού Cl - του ενδοθηλιακού κυττάρου του εντέρου, συμπληρώνοντας τον πίνακα. 4.3.

Πίνακας 4.3. Τρόποι ρύθμισης της λειτουργίας των καναλιών

Λύνω προβλήματα

1. Η συστολή του καρδιακού μυός ενεργοποιεί το Ca 2 +, το περιεχόμενο του οποίου στο κυτταρόπλασμα του κυττάρου αυξάνεται λόγω της λειτουργίας των εξαρτώμενων από το cAMP φορέων της κυτταροπλασματικής μεμβράνης. Με τη σειρά του, η συγκέντρωση του cAMP στα κύτταρα ρυθμίζεται από δύο μόρια σήματος - την αδρεναλίνη και την ακετυλοχολίνη. Επιπλέον, είναι γνωστό ότι η αδρεναλίνη, αλληλεπιδρώντας με τους β2-αδρενεργικούς υποδοχείς, αυξάνει τη συγκέντρωση του cAMP στα κύτταρα του μυοκαρδίου και διεγείρει την καρδιακή παροχή, και η ακετυλοχολίνη, αλληλεπιδρώντας με τους Μ2-χολινεργικούς υποδοχείς, μειώνει το επίπεδο cAMP και τη συσταλτικότητα του μυοκαρδίου. Εξηγήστε γιατί δύο κύριοι αγγελιοφόροι, χρησιμοποιώντας το ίδιο σύστημα μεταγωγής σήματος, προκαλούν διαφορετική κυτταρική απόκριση. Για αυτό:

α) Παρουσιάστε το σχήμα μεταγωγής σήματος για την αδρεναλίνη και την ακετυλοχολίνη.

β) υποδεικνύουν τη διαφορά στους καταρράκτες σηματοδότησης αυτών των αγγελιοφόρων.

2. Η ακετυλοχολίνη, αλληλεπιδρώντας με τους M3-χολινεργικούς υποδοχείς των σιελογόνων αδένων, διεγείρει την απελευθέρωση Ca2+ από το ER. Η αύξηση της συγκέντρωσης Ca 2+ στο κυτταρόπλασμα εξασφαλίζει εξωκυττάρωση των εκκριτικών κόκκων και απελευθέρωση ηλεκτρολυτών και μικρής ποσότητας πρωτεϊνών στον σιελογόνο πόρο. Εξηγήστε πώς ρυθμίζονται τα κανάλια Ca 2+ του ER. Για αυτό:

α) ονομάστε τον δεύτερο αγγελιοφόρο που παρέχει άνοιγμα καναλιών ER Ca 2+.

β) γράψτε την αντίδραση για το σχηματισμό δεύτερου αγγελιοφόρου.

γ) παρουσιάζουν το σχήμα διαμεμβρανικής μεταγωγής σήματος της ακετυλοχολίνης, κατά την ενεργοποίηση της οποίας ο ρυθμιστικός συνδετήρας Ca 2+ -μπορεί-

3. Οι ερευνητές των υποδοχέων ινσουλίνης έχουν εντοπίσει μια σημαντική αλλαγή στο γονίδιο για μια πρωτεΐνη, ένα από τα υποστρώματα του υποδοχέα ινσουλίνης. Πώς θα επηρεάσει μια διαταραχή στη δομή αυτής της πρωτεΐνης τη λειτουργία του συστήματος σηματοδότησης της ινσουλίνης; Για να απαντήσετε σε μια ερώτηση:

α) δώστε ένα διάγραμμα διαμεμβρανικής σηματοδότησης της ινσουλίνης.

β) να ονομάσετε τις πρωτεΐνες και τα ένζυμα που ενεργοποιούν την ινσουλίνη στα κύτταρα στόχους, να αναφέρετε τη λειτουργία τους.

4. Η πρωτεΐνη Ras είναι μια «αγκυρωμένη» πρωτεΐνη στην κυτταροπλασματική μεμβράνη. Η λειτουργία της "άγκυρας" εκτελείται από το υπόλειμμα 15 άνθρακα του φαρνεσυλίου H 3 C-(CH 3) C \u003d CH-CH 2 - [CH 2 - (CH 3) C \u003d CH-CH 2 ] 2 -, η οποία συνδέεται με την πρωτεΐνη από το ένζυμο φαρνεσυλτρανσφεράση κατά τη μετα-μεταφραστική τροποποίηση. Επί του παρόντος, οι αναστολείς αυτού του ενζύμου υποβάλλονται σε κλινικές δοκιμές.

Γιατί η χρήση αυτών των φαρμάκων επηρεάζει τη μεταγωγή σήματος αυξητικού παράγοντα; Για απάντηση:

α) Παρουσιάστε το σχήμα μεταγωγής σήματος που περιλαμβάνει πρωτεΐνες Ras.

β) εξηγήστε τη λειτουργία των πρωτεϊνών Ras και τις συνέπειες της αποτυχίας ακυλίωσης τους.

γ) μαντέψτε ποιες ασθένειες αναπτύχθηκαν για τη θεραπεία αυτών των φαρμάκων.

5. Η στεροειδής ορμόνη καλσιτριόλη ενεργοποιεί την απορρόφηση του διατροφικού ασβεστίου αυξάνοντας την ποσότητα των πρωτεϊνών-φορέων Ca 2+ στα εντερικά κύτταρα. Εξηγήστε τον μηχανισμό δράσης της καλσιτριόλης. Για αυτό:

α) δώστε ένα γενικό σχήμα μεταγωγής σήματος των στεροειδών ορμονών και περιγράψτε τη λειτουργία του·

β) ονομάστε τη διαδικασία που ενεργοποιεί την ορμόνη στον πυρήνα του κυττάρου στόχου.

γ) να υποδείξετε σε ποια βιοσύνθεση μήτρας θα συμμετέχουν τα μόρια που συντίθενται στον πυρήνα και πού λαμβάνει χώρα.

I. Διείσδυση του στεροειδούς (C) στο κύτταρο

II. Σχηματισμός του συμπλέγματος SR

Όλες οι στεροειδείς ορμόνες P είναι σφαιρικές πρωτεΐνες περίπου του ίδιου μεγέθους, δεσμευτικές ορμόνες με πολύ υψηλή συγγένεια.

III. Μετασχηματισμός SR σε μορφή ικανή να δεσμεύεται με πυρηνικούς δέκτες [SR]

Κάθε κύτταρο περιέχει όλες τις γενετικές πληροφορίες. Ωστόσο, με την εξειδίκευση του κυττάρου, το μεγαλύτερο μέρος του DNA στερείται της ευκαιρίας να αποτελέσει πρότυπο για τη σύνθεση του mRNA. Αυτό επιτυγχάνεται με την αναδίπλωση των ιστονών γύρω από τις πρωτεΐνες, οδηγώντας σε αναστολή της μεταγραφής. Από αυτή την άποψη, το γενετικό υλικό του κυττάρου μπορεί να χωριστεί σε 3 τύπους DNA:

1.μεταγραφικά ανενεργός

2.εκφράζεται συνεχώς

3. που προκαλείται από ορμόνες ή άλλα μόρια σηματοδότησης.

IV. Σύνδεση του [CP] στον δέκτη χρωματίνης

Πρέπει να σημειωθεί ότι αυτό το στάδιο της δράσης Γ δεν έχει μελετηθεί πλήρως και έχει μια σειρά από αμφιλεγόμενα σημεία. Το [CP] πιστεύεται ότι αλληλεπιδρά με συγκεκριμένες περιοχές του DNA με τέτοιο τρόπο που επιτρέπει στην RNA πολυμεράση να έρθει σε επαφή με ορισμένες περιοχές DNA.

Ενδιαφέρουσα είναι η εμπειρία που έδειξε ότι ο χρόνος ημιζωής του mRNA αυξάνεται όταν διεγείρεται από μια ορμόνη. Αυτό οδηγεί σε πολλές αντιφάσεις: καθίσταται ασαφές ¾ η αύξηση της ποσότητας του mRNA δείχνει ότι το [SR] αυξάνει τον ρυθμό μεταγραφής ή αυξάνει τον χρόνο ημιζωής του mRNA. Ταυτόχρονα, η αύξηση του χρόνου ημιζωής του mRNA εξηγείται από την παρουσία μεγάλου αριθμού ριβοσωμάτων στο ορμονοδιεγερμένο κύτταρο, τα οποία σταθεροποιούν το mRNA ή από μια άλλη δράση [SR] άγνωστη σε εμάς αυτή τη στιγμή. .

v. Επιλεκτική έναρξη της μεταγραφής συγκεκριμένων mRNAs. συντονισμένη σύνθεση tRNA και rRNA

Μπορεί να υποτεθεί ότι η κύρια επίδραση του [SR] είναι η χαλάρωση της συμπυκνωμένης χρωματίνης, η οποία οδηγεί στο άνοιγμα της πρόσβασης για μόρια πολυμεράσης RNA σε αυτήν. Η αύξηση της ποσότητας του mRNA οδηγεί σε αύξηση της σύνθεσης του tRNA και του rRNA.

VI.Πρωτογενής επεξεργασία RNA

VII.Μεταφορά mRNA στο κυτταρόπλασμα

VIII.πρωτεϊνική σύνθεση

IX.Μετα-μεταφραστική τροποποίηση πρωτεΐνης

Ωστόσο, μελέτες δείχνουν ότι αυτός είναι ο κύριος, αλλά όχι ο μόνος δυνατός μηχανισμός δράσης των ορμονών. Για παράδειγμα, τα ανδρογόνα και τα οιστρογόνα προκαλούν αύξηση του cAMP σε ορισμένα κύτταρα, υποδηλώνοντας ότι υπάρχουν επίσης μεμβρανικοί υποδοχείς για στεροειδείς ορμόνες. Αυτό δείχνει ότι οι στεροειδείς ορμόνες δρουν σε ορισμένα ευαίσθητα κύτταρα ως υδατοδιαλυτές ορμόνες.

Δευτερεύοντες μεσάζοντες

Οι πεπτιδικές ορμόνες, οι αμίνες και οι νευροδιαβιβαστές, σε αντίθεση με τα στεροειδή, είναι ¾ υδρόφιλες ενώσεις και δεν είναι σε θέση να διεισδύσουν εύκολα στην πλασματική μεμβράνη του κυττάρου. Ως εκ τούτου, αλληλεπιδρούν με υποδοχείς μεμβράνης που βρίσκονται στην κυτταρική επιφάνεια. Η αλληλεπίδραση ορμόνης-υποδοχέα ξεκινά μια εξαιρετικά συντονισμένη βιολογική αντίδραση στην οποία μπορούν να συμμετέχουν πολλά κυτταρικά συστατικά, μερικά από τα οποία βρίσκονται σε σημαντική απόσταση από την πλασματική μεμβράνη.

Το cAMP ¾ είναι η πρώτη ένωση, την οποία ο Sutherland, που την ανακάλυψε, ονόμασε «δεύτερο μεσολαβητή», επειδή θεώρησε την ίδια την ορμόνη ως τον «πρώτο μεσολαβητή», προκαλώντας την ενδοκυτταρική σύνθεση του «δεύτερου μεσολαβητή», ο οποίος μεσολαβεί στη βιολογική επίδραση του πρώτου.

Μέχρι σήμερα, τουλάχιστον 3 τύποι δευτερογενών αγγελιοφόρων μπορούν να ονομαστούν: 1) κυκλικά νουκλεοτίδια (cAMP και cGMP). 2) Ιόντα ασβεστίου και 3) μεταβολίτες φωσφατιδυλινοσιτόλης.

Με τη βοήθεια τέτοιων συστημάτων, ένας μικρός αριθμός μορίων ορμόνης, που συνδέονται με υποδοχείς, προκαλεί την παραγωγή πολύ μεγαλύτερου αριθμού μορίων δεύτερου αγγελιοφόρου και οι τελευταίοι, με τη σειρά τους, επηρεάζουν τη δραστηριότητα ενός ακόμη μεγαλύτερου αριθμού μορίων πρωτεΐνης. Έτσι, υπάρχει μια προοδευτική ενίσχυση του σήματος που εμφανίζεται αρχικά όταν η ορμόνη δεσμεύεται στον υποδοχέα.

CAMF

Απλοποιημένα, η δράση της ορμόνης μέσω του cAMP μπορεί να αναπαρασταθεί ως εξής:

1. ορμόνη + στερεοειδικός υποδοχέας

2. ενεργοποίηση της αδενυλικής κυκλάσης

3. σχηματισμός cAMP

4. εξασφάλιση συντονισμένης απόκρισης cAMP

Ορμονικό Περιβάλλον

Μεμβράνη υποδοχέα

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

Ανενεργή πρωτεϊνική κινάση

Φωσφοδιεστεράση

Ενεργή πρωτεϊνική κινάση

Δεφωσφοπρωτεΐνη Φωσφοπρωτεΐνη

Φωσφοπρωτεϊνική φωσφατάση

Βιολογική επίδραση

Εικ. 1

1. Πρέπει να σημειωθεί ότι οι υποδοχείς είναι επίσης δυναμικές δομές. Αυτό σημαίνει ότι ο αριθμός τους μπορεί είτε να μειωθεί είτε να αυξηθεί. Για παράδειγμα, σε άτομα με αυξημένο σωματικό βάρος, ο αριθμός των υποδοχέων ινσουλίνης μειώνεται. Πειράματα έδειξαν ότι όταν η μάζα τους κανονικοποιηθεί, παρατηρείται αύξηση του αριθμού των υποδοχέων σε ένα φυσιολογικό επίπεδο. Με άλλα λόγια, με αύξηση ή μείωση της συγκέντρωσης της ινσουλίνης, συντελούνται αμοιβαίες αλλαγές στη συγκέντρωση των υποδοχέων. Πιστεύεται ότι αυτό το φαινόμενο μπορεί να προστατεύσει το κύτταρο από πολύ έντονη διέγερση με ανεπαρκώς υψηλά επίπεδα της ορμόνης.

2. Η ενεργοποίηση της αδενυλικής κυκλάσης (Α) είναι επίσης μια ρυθμιζόμενη διαδικασία. Παλαιότερα, πιστευόταν ότι η ορμόνη (G), που δεσμεύεται με τον υποδοχέα (Ρ), αλλάζει τη διαμόρφωσή της, γεγονός που οδηγεί στην ενεργοποίηση του Α. Ωστόσο, αποδείχθηκε ότι το Α είναι ένα αλλοστερικό ένζυμο που ενεργοποιείται υπό τη δράση του GTP. Το GTP φέρει μια ειδική πρωτεΐνη (μετατροπέα) G. Από την άποψη αυτή, υιοθετήθηκε ένα μοντέλο που περιγράφει όχι μόνο την ενεργοποίηση του Α, αλλά και τον τερματισμό αυτής της διαδικασίας.

α) G + R + G HDF ® G R G + GDP

β) G R G + GTP ® G + R + G GTP

γ) G GTP + A ® cAMP + G GDP

Έτσι, η υδρόλυση GTP χρησιμεύει ως σήμα «απενεργοποίησης» για το σύστημα. Για να ξεκινήσει ξανά ο κύκλος, το GDP πρέπει να αποσπαστεί από το G, το οποίο συμβαίνει όταν η ορμόνη δεσμεύεται στο P.

Αρκετοί παράγοντες έχουν ανασταλτική επίδραση στο Α και προκαλούν μείωση της συγκέντρωσης του cAMP. Παραδείγματα αγωνιστών που διεγείρουν την κυκλάση είναι η γλυκαγόνη, η ADH, η LH, η FSH, η TSH και η ACTH. Οι ανασταλτικοί παράγοντες της κυκλάσης περιλαμβάνουν οπιοειδή, σωματοστατίνη, αγγειοτενσίνη II και ακετυλοχολίνη. Η αδρεναλίνη μπορεί είτε να διεγείρει (μέσω των β-υποδοχέων) είτε να αναστέλλει (μέσω των α-υποδοχέων) αυτό το ένζυμο. Τίθεται το ερώτημα πώς πραγματοποιείται η αμφίδρομη ρύθμιση του Α. Αποδείχθηκε ότι το ανασταλτικό σύστημα περιλαμβάνει μια τρισδιάστατη πρωτεΐνη, η οποία είναι εξαιρετικά παρόμοια με την παραπάνω πρωτεΐνη G. Η επίδραση του Gi μπορεί να περιγραφεί ως εξής:

α) G + P + Gi GDF ® G R Gi + GDF

β) G R Gi + GTP ® G + P + Gi GTP

γ) Gi GTP + A ® ¯cAMP + Gi GDP

Μετά τη φωσφορυλίωση των ενζυμικών πρωτεϊνών κατά την πορεία των αντιδράσεων που περιγράφηκαν παραπάνω (βλ. Εικ. 1), η διάταξή τους αλλάζει. Κατά συνέπεια, αλλάζει και η διαμόρφωση του ενεργού κέντρου τους, γεγονός που οδηγεί σε ενεργοποίηση ή αναστολή τους. Αποδεικνύεται ότι λόγω του δευτερεύοντος αγγελιοφόρου cAMP στο κύτταρο, ενεργοποιείται ή αναστέλλεται η δράση των ενζύμων που είναι ειδικά για αυτό, γεγονός που προκαλεί ένα ορισμένο βιολογικό αποτέλεσμα που είναι χαρακτηριστικό αυτού του κυττάρου. Από αυτή την άποψη, παρά τον μεγάλο αριθμό ενζύμων που δρουν μέσω του δευτερεύοντος αγγελιοφόρου cAMP, εμφανίζεται μια συγκεκριμένη, ειδική απόκριση στο κύτταρο.