Hidrofil hormonok, szerkezetük és biológiai funkcióik. A kalcium, mint másodlagos hírvivő A hormonok másodlagos hírvivője

Amikor jeleket továbbítanak egy sejtben, az elsődleges hírvivők kémiai vegyületek vagy fizikai tényezők (fénykvantumok), amelyek aktiválhatják a jelátviteli mechanizmust a sejtben. A fogadó sejthez viszonyítva az elsődleges hírvivők az extracelluláris jelek. Érdemes megjegyezni, hogy a sejten belül bőségesen jelen lévő, de az intercelluláris térben általában nagyon alacsony koncentrációban előforduló molekulák (például ATP-liglutamát) extracelluláris ingerként is működhetnek. Az elsődleges közvetítők funkciójuktól függően több csoportra oszthatók:

• citokinek

  neurotranszmitterek

  növekedési tényezők

  kemokinek

Receptorok – speciális fehérjék, amelyek biztosítják, hogy a sejt jelet kapjon az elsődleges hírvivőktől. Ezeknél a fehérjéknél az elsődleges hírvivők a ligandumok.

A receptor működésének biztosítása érdekében a fehérje molekuláknak számos követelménynek kell megfelelniük:

nagy szelektivitással rendelkezik a ligandumra;

A ligandumkötés kinetikáját egy telítési görbével kell leírni, amely megfelel az összes receptormolekula teljes foglaltsági állapotának, amelyek száma korlátozott a membránon;

A receptoroknak szövetspecifikusaknak kell lenniük, ami tükrözi e funkciók jelenlétét vagy hiányát a célszerv sejtjeiben;

A ligandumkötésnek és celluláris (fiziológiai) hatásának reverzibilisnek kell lennie, az affinitási paramétereknek pedig meg kell felelniük a ligandum fiziológiás koncentrációjának.

A sejtreceptorok a következő osztályokba sorolhatók:

membrán

• receptor tirozin kinázok

  G-fehérjéhez kapcsolt receptorok

  ion csatornák

citoplazmatikus

A membránreceptorok felismerik a nagy (például inzulin) vagy hidrofil (például adrenalin) jelzőmolekulákat, amelyek önállóan nem tudnak behatolni a sejtbe. A kisméretű hidrofób jelátviteli molekulák (például trijód-tironin, szteroid hormonok, CO, NO) diffúzió révén képesek behatolni a sejtbe. Az ilyen hormonok receptorai általában oldható citoplazmatikus vagy nukleáris fehérjék. Miután a ligandum kötődik a receptorhoz, az erről az eseményről szóló információ továbbítódik a lánc mentén, és elsődleges és másodlagos sejtválasz kialakulásához vezet.

A receptor aktiválásának mechanizmusai. Ha egy külső jelzőmolekula hat a sejtmembrán receptoraira és aktiválja azokat, az utóbbiak a kapott információt továbbítják a membrán fehérjekomponenseinek rendszeréhez, amelyet jelátviteli kaszkádnak neveznek. A jelátviteli kaszkád membránfehérjéi a következőkre oszthatók:

receptor-asszociált transzducer fehérjék

transzducer fehérjékhez kapcsolódó erősítő enzimek (aktiválják a második intracelluláris hírvivőket, amelyek információt hordoznak a sejten belül).

Így működnek a G-fehérjéhez kapcsolt receptorok. Más receptorok (ioncsatornák, protein kináz aktivitású receptorok) maguk is multiplikátorként szolgálnak.

4.3.2. Másodlagos közvetítők

Ezek olyan kis molekulatömegű anyagok, amelyek a jelátviteli lánc egyik komponensének enzimaktivitása következtében képződnek vagy szabadulnak fel, és hozzájárulnak annak további átviteléhez és erősítéséhez. A másodlagos hírvivőket a következő tulajdonságok jellemzik: kis molekulatömegűek és nagy sebességgel diffundálnak a citoplazmában; gyorsan hasadnak és gyorsan eltávolítódnak a citoplazmából. A másodlagos közvetítők közé tartoznak:

Kalciumionok (Ca2+);

ciklikus adenozin-monofoszfát (cAMP) és ciklikus guanozin-monofoszfát (cGMP)

inozitol-trifoszfát

lipofil molekulák (pl. diacilglicerin);

nitrogén-monoxid (NO) (ez a molekula elsődleges hírvivőként is működik, amely kívülről hatol be a sejtbe).

Néha harmadlagos hírvivők is képződnek a sejtben. Így általában a Ca2+ ionok másodlagos hírvivőként működnek, de az inozitol-trifoszfát (szekunder hírvivő) segítségével történő jel továbbításakor az EPR-ből annak közreműködésével felszabaduló Ca2+ ionok harmadlagos hírvivőként szolgálnak.

Jelátviteli mechanizmus körülbelül a következő sémát feltételezi:

Külső ágens (inger) kölcsönhatása sejtreceptorral,

A membránban található effektor molekula aktiválása, amely a második hírvivők létrehozásáért felelős,

Középfokú közvetítők oktatása,

A célfehérjék mediátorok általi aktiválása, ami további mediátorok képződését okozza,

A közvetítő eltűnése.

A sejtjelátvitel (sejtjelátvitel) egy komplex kommunikációs rendszer része, amely az alapvető sejtfolyamatokat irányítja és koordinálja a sejt tevékenységeit. A sejtek azon képessége, hogy megfelelően reagáljanak környezetük (mikrokörnyezetük) változásaira, az alapja a fejlődésnek, a szövetek helyreállításának, az immunitásnak és a homeosztázis egészének fenntartó rendszerének. A celluláris információfeldolgozó rendszerek hibái rákhoz, autoimmun betegségekhez és cukorbetegséghez vezethetnek. A sejteken belüli jelátviteli mechanizmusok megértése betegségek kezelésének kidolgozásához, sőt mesterséges szövetek létrehozásához is vezethet.

Hagyományosan a biológiai kutatások a jelátviteli rendszer egyes részeinek tanulmányozására összpontosítottak. A jelzőrendszerek összetevőinek ismerete segít megérteni a sejtjelző rendszerek átfogó szerkezetét, és azt, hogy a bennük bekövetkező változások hogyan befolyásolhatják az információ átvitelét és kiszivárgását. A sejtekben lévő jelátviteli rendszerek bonyolultan szervezett komplexek, és olyan tulajdonságokkal rendelkeznek, mint az ultraérzékenység és a bistabilitás (a meglévő két állapot egyikének képessége). A celluláris jelátviteli rendszerek elemzése kísérleti és elméleti tanulmányok kombinációját foglalja magában, amelyek magukban foglalják modellek és szimulátorok fejlesztését és elemzését.

Összegzés. Ez a fejezet a molekuláris biológia alapelveit és problémáit vizsgálja a programozott sejthalál (apoptózis), az intercelluláris és intracelluláris kölcsönhatás, valamint a molekuláris genetikai markerek (példaként a polimeráz láncreakció) jelenségének példáján keresztül az alapvető ill. alkalmazott célokat.

Tesztfeladatok

Az apoptózis eredete és fejlődése különböző szervezetcsoportokban.

Az apoptózis fő fázisainak indukciójának jellemzői és főbb útjai.

Az apoptózis szabályozásának alapvető mechanizmusai.

Az apoptózis folyamatában bekövetkező zavarok által okozott patológiák.

A molekuláris genetikai markerek fő típusai.

Felfedezéstörténet, polimeráz láncreakció módszertana.

A PCR főbb típusai lebonyolításának és alkalmazásának jellemzői.

A jelátvitel jelentősége az intercelluláris és intracelluláris kölcsönhatásokban.

A receptorfehérjék aktiválási mechanizmusai.

A jelátvitel mechanizmusai az intercelluláris interakció során.

A célsejt válasza a hormon hatására a hormonreceptor (GR) komplex létrehozásával jön létre, ami magának a receptornak az aktiválódásához, a sejtválasz beindításához vezet. Az adrenalin hormon a receptorral kölcsönhatásba lépve membráncsatornákat nyit meg, a Na + - bemeneti ionáram pedig meghatározza a sejt működését. A legtöbb hormon azonban nem önállóan nyit vagy zár membráncsatornákat, hanem a G-fehérjével kölcsönhatásban.

A hormonok hatásmechanizmusa a célsejtekre a kémiai szerkezetükhöz kapcsolódik:

■ a vízben oldódó hormonok - fehérjék és polipeptidek, valamint aminosav-származékok - katekolaminok kölcsönhatásba lépnek a célsejt membrán receptoraival, így hormon-receptor komplexet (GR) képeznek. másodlagos vagy intracelluláris hírvivő, amelyhez a sejtfunkció változásai társulnak. A célsejt membrán felszínén lévő receptorok száma körülbelül 104-105;

■ a zsírban oldódó hormonok - szteroidok - áthaladnak a célsejt membránján és kölcsönhatásba lépnek a plazmareceptorokkal, amelyek száma 3000 és 104 között van, GR komplexet képezve, amely azután bejut a sejtmag membránjába. A szteroid hormonok és a tirozin aminosav származékai - tiroxin és trijódtironin - áthatolnak a sejtmag membránján, és kölcsönhatásba lépnek az egy vagy több kromoszómához kapcsolódó nukleáris receptorokkal, ami megváltoztatja a fehérjeszintézist a célsejtben.

A modern elképzelések szerint a hormonok hatása bizonyos enzimek katalitikus funkciójának stimulálása vagy gátlása a célsejtekben. Ez a hatás kétféleképpen érhető el:

■ a hormon kölcsönhatása a sejtmembrán felszínén lévő receptorokkal, és biokémiai átalakulások láncát indítja el a membránban és a citoplazmában;

■ a hormon behatolása a membránon és a citoplazmatikus receptorokhoz való kötődése, amely után a hormonreceptor komplex behatol a sejtmagba és a sejtszervecskékbe, ahol új enzimek szintézisén keresztül valósítja meg szabályozó hatását.

Az első út a membránenzimek aktiválásához és másodlagos hírvivők képződéséhez vezet. Ma négy másodlagos hírvivő rendszer ismert:

■ adenilát-cikláz - cAMP;

■ guanilát-cikláz - cGMP;

■ foszfolipáz-inozitol-trifoszfát;

■ kalmodulin – ionizált Ca 2+.

A célsejtek befolyásolásának második módja a hormon komplexképződése a sejtmagban található receptorokkal, ami annak genetikai apparátusának aktiválásához vagy gátlásához vezet.

Membránreceptorok és másodlagos hírvivők

A célsejt membránreceptoraihoz kötődő hormonok a GR hormon-receptor komplexet alkotják (1. lépés) (6.3. ábra). A receptor konformációs változásai aktiválják a stimuláló G fehérjét (a receptorral kombinálva), amely három alegység (α-, β-, γ-) és guanozin-difoszfát (GDP) komplexe. csere

6.11. TÁBLÁZAT A hormonok rövid jellemzői

Hol termelődnek a hormonok?		Hormon név		rövidítés	Hatás a célsejtekre
hipotalamusz		Tirotropin-felszabadító hormon			Stimulálja a tirotropin termelését az adenohypophysis által
hipotalamusz		Kortikotropin felszabadító hormon			Stimulálja az ACTH termelését az adenohypophysis által
hipotalamusz		Gonadotropin-felszabadító hormon			Stimulálja a luteinizáló (LH) és tüszőstimuláló (FSP) hormonok termelését az adenohipofízis által
hipotalamusz		Növekedési hormon felszabadító faktor			Stimulálja a növekedési hormon termelését az adenohypophysis által
hipotalamusz		szomatosztatin			Elnyomja a növekedési hormon termelését az adenohypophysis által
hipotalamusz		Prolaktin gátló faktor (dopamin)			Elnyomja a prolaktin termelését az adenohypophysis által
hipotalamusz		Prolaktin-stimuláló faktor			Stimulálja a prolaktin termelését az adenohypophysis által
hipotalamusz		oxitocin			Serkenti a tejelválasztást és a méhösszehúzódásokat
hipotalamusz		Vasopresszin - antidiuretikus hormon			Stimulálja a víz reabszorpcióját a distalis nephronban
Elülső agyalapi mirigy		TSH, vagy pajzsmirigy-stimuláló hormon		TSH több mint TSH	Stimulálja a tiroxin és a trijódtironin szintézisét és kiválasztását a pajzsmirigyben
Elülső agyalapi mirigy					Stimulálja a glükokortikoidok (kortizol) szekrécióját a mellékvesekéregből
Elülső agyalapi mirigy		follikulus stimuláló hormon			Serkenti a tüszők növekedését és a petefészkek ösztrogén szekrécióját
Elülső agyalapi mirigy		luteinizáló hormon			Serkenti az ovulációt, a sárgatest képződését, valamint az ösztrogén és a progeszteron szintézisét a petefészkekben
Elülső agyalapi mirigy		Növekedési hormon vagy szomatotrop hormon			Serkenti a fehérjeszintézist és az általános növekedést
Elülső agyalapi mirigy		prolaktin			Serkenti a tejtermelést és a tejelválasztást
Elülső agyalapi mirigy		β-lipotropin
Az agyalapi mirigy köztes lebenye		Melznotropin			Serkenti a melanin szintézisét halakban, kétéltűekben, hüllőkben (emberben serkenti a váznövekedést (csontok csontosodását), fokozza az anyagcsere intenzitását, a hőtermelést, fokozza a sejtek fehérjék, zsírok, szénhidrátok hasznosítását, serkenti a csontszövet képződését. mentális funkciók a gyermek születése után
pajzsmirigy		L-tiroxin
		trijódtironin
Mellékvesekéreg (zone reticularis)		nemi hormonok			Serkenti a dihidrohepiandroszteron és androszténdion termelődését
Mellékvesekéreg (zona fasciculata)		Glükokortikoidok (kortizol)			Serkenti a glükoneogenezist, gyulladáscsökkentő hatású, elnyomja az immunrendszert
Mellékvesekéreg (zona glomerulosa)		aldoszteron			Növeli a Na + ionok reabszorpcióját, a K + ionok szekrécióját a nefron tubulusokban
agy anyag mellékvesék		Adrenalin, noradrenalin			Alfa, béta adrenerg receptorok aktiválása
		ösztrogének			A női nemi szervek növekedése és fejlődése, a menstruációs ciklus proliferatív szakasza
		progeszteron			A menstruációs ciklus szekréciós fázisa
		tesztoszteron			Spermatogenezis, férfi másodlagos nemi jellemzők
Pajzsmirigy pár		Parat hormon (mellékpajzsmirigy hormon)			Növeli a Ca 2+ ionok koncentrációját a vérben (csont demineralizáció)
Pajzsmirigy (C-sejtek)	kalcitonin					Csökkenti a Ca2+ ionok koncentrációját a vérben
Aktiválás a vesékben	1,25-dihidroxi-kolekalciferol (kalcitriol)					Növeli a Ca 2+ -ionok felszívódását a bélben
Hasnyálmirigy - béta-sejtek						Csökkenti a vér glükóz koncentrációját
Hasnyálmirigy - alfa sejtek	glukagon					Növeli a vér glükóz koncentrációját
placenta	Humán koriongonadotropin					Növeli az ösztrogén és a progeszteron szintézisét
placenta	Humán placenta laktogén					A terhesség alatt növekedési hormonként és prolaktinként működik

RIZS. 6.3. A hormon hatásmechanizmusának vázlata a másodlagos intracelluláris hírvivő cAMP képződésével. GDP - guanin-difoszfát, GTP - guanin-trifoszfát

A GDP guanozin-trifoszfát GTP-vé (2. lépés) az α-alegység leválásához vezet, amely azonnal kölcsönhatásba lép más jelátviteli fehérjékkel, megváltoztatva az ioncsatornák vagy a sejtenzimek - adenilát-cikláz vagy foszfolipáz C - aktivitását és a sejtfunkciókat.

A hormonok hatása a célsejtekre a második hírvivő cAMP képződésével

Az aktivált membránenzim, az adenilát-cikláz az ATP-t a második hírvivő ciklikus adenozin-monofoszfát cAMP-vé alakítja (3. lépés) (lásd 6.3. ábra), ami viszont aktiválja a protein-kináz A enzimet (4. lépés), ami specifikus fehérjék foszforilációjához vezet (3. lépés) 5. lépés), aminek a következménye a fiziológiás funkció megváltozása (6. lépés), például új membráncsatornák képződése a kalciumionok számára, ami a szívösszehúzódások erősségének növekedéséhez vezet.

A második hírvivő cAMP-t a foszfodiészteráz enzim inaktív 5'-AMP formává bontja.

Egyes hormonok (natriuretikumok) kölcsönhatásba lépnek a gátló G-fehérjékkel, ami az adenilát-cikláz membránenzimek aktivitásának csökkenéséhez és a sejtfunkciók csökkenéséhez vezet.

A hormonok hatása a célsejtekre másodlagos hírvivők - diacilglicerin és inozitol-3-foszfát - képződésével

A hormon komplexet képez a membránreceptorral - OS (1. lépés) (6.4. ábra), és a G-protein révén (2. lépés) aktiválja a receptor belső felületéhez kapcsolódó foszfolipáz C-t (3. lépés).

A membránfoszfolipideket hidrolizáló foszfolipáz C (foszfatidil-inozitol-bifoszfát) hatására két másodlagos hírvivő képződik - diacilglicerin (DG) és inozitol-3-foszfát (IP3) (4. lépés).

A másodlagos hírvivő IP3 mobilizálja a Ca 2+ ionok felszabadulását a mitokondriumokból és az endoplazmatikus retikulumból (5. lépés), amelyek másodlagos hírvivőként viselkednek. A Ca2+ ionok a DH-val (lipid second messenger) együtt aktiválják a protein kináz C enzimet (6. lépés), amely foszforilálja a fehérjéket és változásokat okoz a célsejt élettani funkcióiban.

A hormonok hatása a kalcium-kalmodulin rendszereken keresztül amely másodlagos közvetítőként működik. Amikor a kalcium belép a sejtbe, a kalmodulinhoz kötődik és aktiválja azt. Az aktivált kalmodulin viszont növeli a protein kináz aktivitását, ami a fehérjék foszforilációjához vezet, ami megváltoztatja a sejtfunkciókat.

A hormonok hatása a sejt genetikai apparátusára

A zsírban oldódó szteroid hormonok átjutnak a célsejt membránján (1. lépés) (6.5. ábra), ahol a citoplazmában lévő receptorfehérjékhez kötődnek. A képződött GR komplex (2. lépés) bediffundál a sejtmagba, és a kromoszóma DNS-ének specifikus régióihoz kötődik (3. lépés), aktiválva a transzkripciós folyamatot az mRNS képződésén keresztül (4. lépés). Az mRNS a mátrixot a citoplazmába juttatja, ahol biztosítja a transzlációs folyamatokat a riboszómákon (5. lépés) és új fehérjék szintézisét (6. lépés), ami a fiziológiai funkciók megváltozásához vezet.

A zsírban oldódó pajzsmirigyhormonok, a tiroxin és a trijódtironin bejutnak a sejtmagba, ahol a receptorfehérjéhez kötődnek, amely a DNS-kromoszómákon található fehérje. Ezek a receptorok mind a génpromoterek, mind az operátorok működését szabályozzák.

A hormonok aktiválják a sejtmagban található genetikai mechanizmusokat, amelyek több mint 100 típusú sejtfehérjét termelnek. Sok közülük olyan enzim, amely fokozza a szervezet sejtjeinek metabolikus aktivitását. Miután egyszer reagáltak az intracelluláris receptorokkal, a pajzsmirigyhormonok több hétig szabályozzák a génexpressziót.

A hormonhatás másodlagos hírvivőinek rendszerei a következők:

1. Adenilát-cikláz és ciklikus AMP,

2. Guanilát-cikláz és ciklikus GMP,

3. Foszfolipáz C:

Diacil-glicerin (DAG),

inozitol-trifoszfát (IF3),

4. Ionizált Ca – kalmodulin

Heterotrom protein G fehérje.

Ez a fehérje hurkokat képez a membránban, és 7 szegmensből áll. Kígyózó szalagokhoz hasonlítják őket. Kiálló (külső) és belső részei vannak. A hormon a külső részhez kapcsolódik, és a belső felületen 3 alegység található - alfa, béta és gamma. Inaktív állapotban ez a fehérje guanozin-difoszfáttal rendelkezik. De aktiváláskor a guanozin-difoszfát guanozin-trifoszfáttá változik. A G-fehérje aktivitásának megváltozása vagy a membrán ionpermeabilitásának megváltozásához, vagy a sejt enzimrendszerének (adenilát-cikláz, guanilát-cikláz, foszfolipáz C) aktiválásához vezet. Ez specifikus fehérjék képződését okozza, a protein kináz aktiválódik (szükséges a foszforilációs folyamatokhoz).

A G-fehérjék lehetnek aktiváló (Gs) és gátlók, vagy más szóval gátlók (Gi).

A ciklikus AMP megsemmisülése a foszfodiészteráz enzim hatására megy végbe. A ciklikus GMF ellenkező hatást fejt ki. Amikor a foszfolipáz C aktiválódik, olyan anyagok képződnek, amelyek elősegítik az ionizált kalcium felhalmozódását a sejtben. A kalcium aktiválja a protein cinázokat és elősegíti az izomösszehúzódást. A diacilglicerin elősegíti a membrán foszfolipidek arachidonsavvá történő átalakulását, amely a prosztaglandinok és leukotriének képződésének forrása.

A hormonreceptor komplex behatol a sejtmagba és a DNS-re hat, ami megváltoztatja a transzkripciós folyamatokat és mRNS-t termel, amely elhagyja a sejtmagot és a riboszómákba kerül.

Ezért a hormonoknak a következők lehetnek:

1. Kinetikus vagy induló akció,

2. Anyagcsere,

3. Morfogenetikai hatás (szöveti differenciálódás, növekedés, metamorfózis),

4. Javító cselekvés (javító, alkalmazkodó).

A hormonok hatásmechanizmusai a sejtekben:

A sejtmembrán permeabilitásának változásai,

enzimrendszerek aktiválása vagy gátlása,

Hatás a genetikai információra.

A szabályozás az endokrin és az idegrendszer szoros kölcsönhatásán alapul. Az idegrendszerben zajló gerjesztési folyamatok aktiválhatják vagy gátolhatják az endokrin mirigyek tevékenységét. (Vegyük például a nyúl peteérési folyamatát. Nyúlnál csak párzás után következik be az ovuláció, ami serkenti a gonadotrop hormon felszabadulását az agyalapi mirigyből. Ez utóbbi okozza az ovulációs folyamatot).

Mentális trauma után tireotoxikózis léphet fel. Az idegrendszer szabályozza az agyalapi mirigy hormonok (neurohormonok) felszabadulását, az agyalapi mirigy pedig befolyásolja a többi mirigy tevékenységét.

Léteznek visszacsatolási mechanizmusok. Egy hormon felhalmozódása a szervezetben a megfelelő mirigy által e hormon termelésének gátlásához vezet, és a hiány a hormon képződését serkentő mechanizmus lesz.

Van egy önszabályozási mechanizmus. (Például a vér glükóz szintje határozza meg az inzulin és (vagy) glukagon termelődését; ha a cukorszint növekszik, akkor inzulin, ha csökken, akkor glukagon termelődik. Na-hiány serkenti az aldoszteron termelődését).

5. Hipotalamusz-hipofízis rendszer. Funkcionális szervezete. A hipotalamusz neuroszekréciós sejtjei. A trópusi hormonok és a felszabadító hormonok (liberinek, sztatinok) jellemzői. Epiphysis (tobozmirigy).

6. Adenohypophysis, kapcsolata a hypothalamusszal. Az agyalapi mirigy elülső mirigy hormonjainak hatásának jellege. Az adenohypophysis hormonok hipo- és hiperszekréciója. Életkorral összefüggő változások a hormonok képződésében az elülső lebenyben.

Az adenohipofízis sejtjei (felépítésüket és összetételüket lásd a szövettanban) a következő hormonokat termelik: szomatotropin (növekedési hormon), prolaktin, tirotropin (pajzsmirigy-stimuláló hormon), tüszőstimuláló hormon, luteinizáló hormon, kortikotropin (ACTH), melanotropin, béta-endorfin, diabetogén peptid, exoftalmikus faktor és petefészek növekedési hormon. Nézzük meg közelebbről néhányuk hatását.

Kortikotropin . (adrenokortikotrop hormon - ACTH) az adenohipofízis folyamatosan pulzáló kitörésekben választja ki, amelyeknek tiszta napi ritmusa van. A kortikotropin szekrécióját közvetlen és visszacsatolási kapcsolatok szabályozzák. A közvetlen kapcsolatot a hipotalamusz peptid - kortikoliberin - képviseli, amely fokozza a kortikotropin szintézisét és szekrécióját. A visszajelzést a vér kortizoltartalma (a mellékvesekéreg hormonja) váltja ki, és mind a hipotalamusz, mind az adenohipofízis szintjén záródik, és a kortizol koncentrációjának növekedése gátolja a kortikotropin és a kortikotropin szekrécióját.

A kortikotropin kétféle hatást fejt ki: mellékvese és extra-mellékvese. A mellékvese hatása a fő, és a glükokortikoidok, és sokkal kisebb mértékben a mineralokortikoidok és androgének szekréciójának stimulálásából áll. A hormon fokozza a hormonok szintézisét a mellékvesekéregben - a szteroidogenezist és a fehérjeszintézist, ami a mellékvesekéreg hipertrófiájához és hiperpláziájához vezet. Az extra-adrenalis hatás a zsírszövet lipolíziséből, fokozott inzulinszekrécióból, hipoglikémiából, fokozott melaninlerakódásból áll, hiperpigmentációval.

A kortikotropin feleslegét hiperkortizolizmus kialakulása kíséri, a kortizol szekréció domináns növekedésével, és „Itsenko-Cushing-kórnak” nevezik. A főbb megnyilvánulások a glükokortikoidok feleslegére jellemzőek: elhízás és egyéb anyagcsere-változások, az immunmechanizmusok hatékonyságának csökkenése, artériás magas vérnyomás kialakulása és a cukorbetegség lehetősége. A kortikotropin hiánya a mellékvesék glükokortikoid funkciójának elégtelenségét okozza, kifejezett anyagcsere-változásokkal, valamint csökkenti a szervezet ellenálló képességét a kedvezőtlen környezeti feltételekkel szemben.

szomatotropin. . A növekedési hormonnak sokféle metabolikus hatása van, amelyek morfogenetikus hatást biztosítanak. A hormon befolyásolja a fehérje anyagcserét, fokozza az anabolikus folyamatokat. Serkenti a sejtek aminosav-ellátását, a transzláció felgyorsításával és az RNS-szintézis aktiválásával a fehérjeszintézist, fokozza a sejtosztódást és a szövetnövekedést, gátolja a proteolitikus enzimeket. Serkenti a szulfát beépülését a porcokba, a timidint a DNS-be, a prolint a kollagénbe, az uridint az RNS-be. A hormon pozitív nitrogén egyensúlyt okoz. Serkenti az epifízis porcok növekedését és csontszövettel való helyettesítését az alkalikus foszfatáz aktiválásával.

A szénhidrát-anyagcserére gyakorolt ​​hatás kettős. Egyrészt a szomatotropin fokozza az inzulintermelést mind a béta-sejtekre gyakorolt ​​közvetlen hatása miatt, mind a hormonok által kiváltott hiperglikémia miatt, amelyet a glikogén lebomlása okoz a májban és az izmokban. A szomatotropin aktiválja a máj inzulinázát, egy enzimet, amely elpusztítja az inzulint. Másrészt a szomatotropin kontrainzuláris hatást fejt ki, gátolja a glükóz hasznosulását a szövetekben. Ez a hatáskombináció túlzott szekréciós körülmények között fennálló hajlam jelenlétében cukorbetegséget okozhat, amelyet hipofízisnek neveznek.

A zsíranyagcserére gyakorolt ​​hatás serkenti a zsírszövet lipolízisét és a katekolaminok lipolitikus hatását, növelve a szabad zsírsavak szintjét a vérben; túlzott májbevitelük és oxidációjuk miatt fokozódik a ketontestek képződése. A szomatotropin ezen hatásai szintén diabetogénnek minősülnek.

Ha a hormon feleslege korai életkorban jelentkezik, gigantizmus alakul ki a végtagok és a törzs arányos fejlődésével. A serdülőkorban és felnőttkorban fellépő hormontöbblet a vázcsontok epifízis területének fokozott növekedését okozza, a nem teljes csontosodással járó területeket, amit akromegáliának neveznek. . A belső szervek mérete is megnő - splanchomegalia.

A hormon veleszületett hiányával törpeség alakul ki, amelyet „hipofízis törpeségnek” neveznek. J. Swift Gulliverről szóló regényének megjelenése után az ilyen embereket köznyelvben liliputiaknak hívják. Más esetekben a szerzett hormonhiány enyhe növekedési retardációt okoz.

prolaktin . A prolaktin szekrécióját hipotalamusz peptidek szabályozzák - a prolaktinosztatin inhibitor és a prolaktoliberin stimulátor. A hipotalamusz neuropeptidek termelése dopaminerg szabályozás alatt áll. A vér ösztrogén és glükokortikoid szintje befolyásolja a prolaktin szekréció mennyiségét

és pajzsmirigyhormonok.

A prolaktin kifejezetten serkenti az emlőmirigyek fejlődését és a laktációt, de nem serkenti a szekrécióját, amit az oxitocin serkent.

A prolaktin az emlőmirigyeken kívül a nemi mirigyekre is hatással van, segít fenntartani a sárgatest szekréciós aktivitását és a progeszteron képződését. A prolaktin a víz-só anyagcsere szabályozója, csökkenti a víz és az elektrolitok kiválasztását, fokozza a vazopresszin és az aldoszteron hatását, serkenti a belső szervek növekedését, az eritropoézist, elősegíti az anyai ösztön megnyilvánulását. A fehérjeszintézis fokozása mellett fokozza a szénhidrátokból származó zsír képződését, hozzájárulva a szülés utáni elhízáshoz.

Melanotropin . . Az agyalapi mirigy köztes lebenyének sejtjeiben képződik. A melanotropin termelést a hipotalamusz melanoliberin szabályozza. A hormon fő hatása a bőr melanocitáira hat, ahol a folyamatokban a pigment leépülését, a szabad pigment növekedését a melanocitákat körülvevő epidermiszben, valamint a melanin szintézisét idézi elő. Növeli a bőr és a haj pigmentációját.

Neurohypophysis, kapcsolata a hypothalamusszal. A hipofízis hátsó hormonjainak (oxigocin, ADH) hatásai. Az ADH szerepe a szervezet folyadékmennyiségének szabályozásában. Diabetes insipidus.

vazopresszin . . A hipotalamusz szupraoptikus és paraventrikuláris magjainak sejtjeiben képződik, és a neurohypophysisben halmozódik fel. A vazopresszin hipotalamuszban történő szintézisét és az agyalapi mirigy által a vérbe történő kiválasztódását szabályozó fő ingereket általában ozmotikusnak nevezhetjük. Ezek a következők: a) a vérplazma ozmotikus nyomásának növekedése és a hipotalamusz vaszkuláris ozmoreceptorainak és ozmoreceptor neuronjainak stimulálása; b) a vér nátriumtartalmának növekedése és a nátriumreceptorként működő hipotalamusz neuronjainak stimulálása; c) a keringő vér központi térfogatának és a vérnyomásnak a csökkenése, amelyet a szív térfogati receptorai és az erek mechanoreceptorai észlelnek;

d) érzelmi-fájdalmas stressz és fizikai aktivitás; e) a renin-angiotenzin rendszer aktiválása és az angiotenzin stimuláló neuroszekréciós neuronok hatása.

A vazopresszin hatása a szövetekben a hormonnak kétféle receptorhoz való kötődése révén valósul meg. A túlnyomórészt az erek falában lokalizált Y1 típusú receptorokhoz való kötődés a második hírvivőkön keresztül, az inozitol-trifoszfát és a kalcium vaszkuláris görcsöt okoz, ami hozzájárul a hormon elnevezéséhez - „vazopresszin”. A nefron disztális részeiben lévő Y2 típusú receptorokhoz való kötődés a c-AMP másodlagos hírvivőn keresztül biztosítja a nefrongyűjtő csatornák vízpermeabilitásának növekedését, annak reabszorpcióját és a vizelet koncentrációját, ami megfelel a vazopresszin második nevének - “ antidiuretikus hormon, ADH”.

A vesére és az erekre gyakorolt ​​hatása mellett a vazopresszin az egyik fontos agyi neuropeptid, amely részt vesz a szomjúságérzet és az ivási viselkedés kialakításában, a memóriamechanizmusok kialakításában és az adenohipofízis hormonok kiválasztásának szabályozásában.

A vazopresszin szekréció hiánya vagy akár teljes hiánya a diurézis éles növekedésében nyilvánul meg nagy mennyiségű hipotóniás vizelet felszabadulásával. Ezt a szindrómát" diabetes insipidus", lehet veleszületett vagy szerzett. A túlzott vazopresszin szindróma (Parhon-szindróma) nyilvánul meg

túlzott folyadékvisszatartás esetén a szervezetben.

Oxitocin . Az oxitocin szintézisét a hipotalamusz paraventrikuláris magjaiban és a neurohypophysisből a vérbe való felszabadulását egy reflexút serkenti, amikor a méhnyak nyúlási receptorait és az emlőmirigyek receptorait irritálja. Az ösztrogének fokozzák az oxitocin szekrécióját.

Az oxitocin a következő hatásokat váltja ki: a) serkenti a méh simaizomzatának összehúzódását, elősegítve a szülést; b) a laktáló emlőmirigy kiválasztó csatornáinak simaizomsejtjeinek összehúzódását okozza, biztosítva a tej felszabadulását; c) bizonyos körülmények között vizelethajtó és nátriuretikus hatása van; d) részt vesz az ivó- és étkezési magatartás megszervezésében; e) további tényező az adenohipofízis hormonok szekréciójának szabályozásában.

Rövid leírás:

Biokémia és molekuláris biológia oktatóanyaga: A biológiai membránok szerkezete és funkciói.

4. MODUL: A BIOLÓGIAI MEMBRÁNOK SZERKEZETE ÉS MŰKÖDÉSE

_Témák _

4.1. A membránok általános jellemzői. A membránok szerkezete és összetétele

4.2. Anyagok szállítása a membránokon keresztül

4.3. Transzmembrán jelzés _

Tanulási célok Legyen képes:

1. Értelmezze a membránok szerepét az anyagcsere szabályozásában, az anyagok sejtbe szállításában és a metabolitok eltávolításában.

2. Ismertesse a hormonok és más jelzőmolekulák célszervekre kifejtett hatásának molekuláris mechanizmusait.

Tud:

1. A biológiai membránok szerkezete, szerepük az anyagcserében és az energiában.

2. Az anyagok membránon keresztüli átvitelének fő módszerei.

3. Hormonok, mediátorok, citokinek, eikozanoidok transzmembrán jelátvitelének főbb komponensei, szakaszai.

TÉMAKÖR 4.1. A MEMBRÁNOK ÁLTALÁNOS JELLEMZŐI.

A MEMBRÁNOK SZERKEZETE ÉS ÖSSZETÉTELE

Minden sejtet és intracelluláris organellumát membránok vesznek körül, amelyek fontos szerepet játszanak szerkezeti felépítésében és működésében. Az összes membrán felépítésének alapelvei ugyanazok. A plazmamembrán, valamint az endoplazmatikus retikulum, a Golgi-apparátus, a mitokondriumok és a sejtmag membránjai azonban jelentős szerkezeti jellemzőkkel rendelkeznek, összetételükben és az általuk ellátott funkciók jellegében egyedülállóak.

Membránok:

A sejteket elválasztják a környezettől és részekre osztják;

Szabályozza az anyagok szállítását a sejtekbe és az organellumokba és ellenkező irányba;

Adja meg a sejtközi kapcsolatok specifikusságát;

Érzékelik a külső környezet jeleit.

A membránrendszerek, köztük a receptorok, enzimek és transzportrendszerek összehangolt működése segít fenntartani a sejtek homeosztázisát, és a sejten belüli anyagcsere szabályozásával gyorsan reagálni a külső környezet állapotának változásaira.

A biológiai membránok lipidekből és fehérjékből állnak, amelyek egymáshoz kapcsolódnak nem kovalens interakciók. A membrán alapja az lipid kettős réteg, amely fehérjemolekulákat tartalmaz (4.1. ábra). A lipid kettős réteget két sor alkotja amfifil molekulák, amelyek hidrofób „farka” belül rejtőzik, a hidrofil csoportok – poláris „fejek” pedig kifelé néznek és érintkeznek a vizes környezettel.

1. Membrán lipidek. A membránlipidek telített és telítetlen zsírsavakat is tartalmaznak. A telítetlen zsírsavak kétszer olyan gyakran fordulnak elő, mint a telített zsírsavak, ami meghatározza folyékonyság membránok és a membránfehérjék konformációs labilitása.

A membránok három fő típusú lipidet tartalmaznak - foszfolipideket, glikolipideket és koleszterint (4.2-4.4. ábra). Leggyakoribb A glicerofoszfolipidek a foszfatidsav származékai.

Rizs. 4.1. A plazmamembrán keresztmetszete

Rizs. 4.2. Glicerofoszfolipidek.

A foszfatidinsav diacilglicerin-foszfát. R 1, R 2 - zsírsav gyökök (hidrofób „farok”). Egy többszörösen telítetlen zsírsavmaradék kapcsolódik a glicerin második szénatomjához. A poláris „fej” egy foszforsavmaradék és egy hidrofil csoport, amelyhez szerin, kolin, etanol-amin vagy inozit kapcsolódik

Vannak lipidszármazékok is amino-alkohol szfingozin.

Az amino-alkohol szfingozin acilezéskor, azaz zsírsav hozzáadása az NH 2 csoporthoz ceramiddá alakul. A ceramidok zsírsavmaradékukban különböznek egymástól. A ceramid OH-csoportjához különféle poláris csoportok kapcsolhatók. A poláris „fej” szerkezetétől függően ezek a származékok két csoportra oszthatók - foszfolipidekre és glikolipidekre. A szfingofoszfolipidek (szfingomielinek) poláris csoportjának szerkezete hasonló a glicerofoszfolipidekéhez. Sok szfingomielint tartalmaz az idegrostok mielinhüvelye. A glikolipidek a ceramid szénhidrát származékai. A szénhidrát komponens szerkezetétől függően cerebrozidokat és gangliozidokat különböztetnek meg.

Koleszterin minden állati sejt membránjában megtalálható, merevséget ad a membránoknak és csökkenti azok méretét folyékonyság(folyékonyság). A koleszterin molekula a membrán hidrofób zónájában helyezkedik el, párhuzamosan a foszfo- és glikolipid molekulák hidrofób „farkaival”. A koleszterin hidroxilcsoportja, mint a foszfo- és glikolipidek hidrofil „fejei”,

Rizs. 4.3. A szfingozin aminoalkohol származékai.

A ceramid egy acilezett szfingozin (R1 - zsírsav gyök). A foszfolipidek közé tartoznak a szfingomielinek, amelyekben a poláris csoport egy foszforsavból és kolinból, etanol-aminból vagy szerinből áll. A glikolipidek hidrofil csoportja (poláris „feje”) egy szénhidrát-maradék. A cerebrozidok lineáris szerkezetű mono- vagy oligoszacharid-maradékot tartalmaznak. A gangliozidok összetétele egy elágazó láncú oligoszacharidot tartalmaz, amelynek egyik monomer egysége a NANK - N-acetilneuraminsav

a vizes fázis felé nézzen. A koleszterin és más lipidek mólaránya a membránokban 0,3-0,9. Ez az érték a legmagasabb a citoplazmatikus membránra nézve.

A membránok koleszterintartalmának növekedése csökkenti a zsírsavláncok mobilitását, ami befolyásolja a membránfehérjék konformációs labilitását és csökkenti azok kialakulásának lehetőségét. oldalirányú diffúzió. A membrán folyékonyságának növekedésével, amelyet a lipofil anyagok hatása vagy a lipidperoxidáció okoz, a koleszterin aránya a membránokban nő.

Rizs. 4.4. A foszfolipidek és a koleszterin helyzete a membránban.

A koleszterin molekula egy merev hidrofób magból és egy rugalmas szénhidrogén láncból áll. A poláris „fej” a koleszterinmolekula 3. szénatomján lévő OH-csoport. Összehasonlításképpen az ábra egy membránfoszfolipid sematikus ábrázolását mutatja. Ezeknek a molekuláknak a poláris feje sokkal nagyobb, és töltése is van

A membránok lipidösszetétele eltérő, egyik vagy másik lipid tartalmát nyilvánvalóan az a sokféle funkció határozza meg, amelyet ezek a molekulák a membránokban ellátnak.

A membránlipidek fő funkciói a következők:

Lipid kettős réteg képződik - a membránok szerkezeti alapja;

A membránfehérjék működéséhez szükséges környezet biztosítása;

Részt venni az enzimaktivitás szabályozásában;

A felszíni fehérjék „horgonyjaként” szolgál;

Vegyen részt a hormonális jelek továbbításában.

A lipid kettősréteg szerkezetének megváltozása a membránfunkciók megzavarásához vezethet.

2. Membránfehérjék. A membránfehérjék membránban elfoglalt helyük eltérő (4.5. ábra). A lipid kettősréteg hidrofób régiójával érintkező membránfehérjéknek amfifilnek kell lenniük, azaz. nem poláris tartományuk van. Az amfifilitás annak köszönhető, hogy:

A lipid kettős réteggel érintkező aminosavak általában nem polárisak;

Sok membránfehérje kovalensen kötődik zsírsavmaradékokhoz (acilezett).

A fehérjéhez kötődő zsírsavak acilmaradékai biztosítják a membránban való „lehorgonyzást” és az oldalirányú diffúzió lehetőségét. Ezenkívül a membránfehérjék poszttranszlációs módosulásokon mennek keresztül, például glikoziláción és foszforiláción. Az integrált fehérjék külső felületének glikozilációja megvédi őket az intercelluláris térben lévő proteázok károsodásától.

Rizs. 4.5. Membrán fehérjék:

1, 2 - integrált (transzmembrán) fehérjék; 3, 4, 5, 6 - felszíni fehérjék. Az integrált fehérjékben a polipeptidlánc egy része a lipidrétegbe merül. A fehérje azon részei, amelyek kölcsönhatásba lépnek a zsírsavak szénhidrogénláncaival, túlnyomórészt apoláris aminosavakat tartalmaznak. A poláris „fejek” régiójában elhelyezkedő fehérjerégiók hidrofil aminosavmaradékokkal gazdagodnak. A felszíni fehérjék különböző módon kapcsolódnak a membránhoz: 3 - integrált fehérjékhez kapcsolódnak; 4 - a lipidréteg poláris „fejeihez” kapcsolódik; 5 - „rögzítve” a membránban egy rövid hidrofób terminális domén segítségével; 6 - „lehorgonyozva” a membránban kovalensen kötött acilmaradék segítségével

Ugyanannak a membránnak a külső és belső rétege különbözik a lipidek és fehérjék összetételében. Ezt a tulajdonságot a membránok szerkezetében ún transzmembrán aszimmetria.

A membránfehérjék a következőkben vehetnek részt:

Anyagok szelektív szállítása a sejtbe és onnan ki;

Hormonális jelek továbbítása;

Az endocitózisban és exocitózisban részt vevő „határozott gödrök” kialakulása;

Immunológiai reakciók;

Az enzimek minősége az anyagok átalakulásában;

A szövetek és szervek képződését biztosító intercelluláris kapcsolatok megszervezése.

TÉMAKÖR 4.2. ANYAGOK SZÁLLÍTÁSA MEMBRÁNÁN KERESZTÜL

A membránok egyik fő funkciója az anyagok sejtbe és onnan történő bejutásának szabályozása, a sejtnek szükséges anyagok visszatartása és a feleslegesek eltávolítása. Az ionok és szerves molekulák membránokon keresztül történő transzportja koncentrációgradiens mentén történhet - passzív szállításés a koncentráció gradiens ellen - aktiv szállitás.

1. Passzív szállítás a következő módokon hajtható végre (4.6., 4.7. ábra):

Rizs. 4.6. Az anyag membránokon keresztül történő átvitelének mechanizmusai koncentrációgradiens mentén

A passzív szállítás magában foglalja ionok diffúziója fehérjecsatornákon keresztül, például a H+, Ca 2+, N+, K+ diffúziója. A legtöbb csatorna működését specifikus ligandumok vagy a transzmembrán potenciál változásai szabályozzák.

Rizs. 4.7. Az endoplazmatikus retikulum membrán Ca 2 + csatornája, amelyet inozit 1,4,5-trifoszfát (IF 3) szabályoz.

Az IP 3 (inozitol-1,4,5-trifoszfát) a membránlipid IF 2 (foszfatidil-inozitol-4,5-biszfoszfát) hidrolízise során képződik a foszfolipáz C enzim hatására. Az IP 3 a membrán specifikus központjaihoz kötődik. az endoplazmatikus retikulum membrán Ca 2 + csatornájának protomerei. Megváltozik a fehérje konformációja és megnyílik a csatorna - a Ca 2+ koncentrációgradiens mentén belép a sejt citoszoljába

2. Aktív szállítás. Elsődleges aktív A transzport koncentrációgradiens ellenében történik ATP energia felhasználásával, transzport ATP-ázok részvételével, pl. Na+, K+-ATPáz, H+-ATPáz, Ca 2 +-ATPáz (4.8. ábra). A H + -ATPázok protonpumpaként működnek, amelyek segítségével savas környezet jön létre a sejtlizoszómákban. A citoplazmatikus membrán és az endoplazmatikus retikulum membrán Ca 2+ -ATPáza segítségével alacsony kalciumkoncentrációt tartanak fenn a sejt citoszoljában, és intracelluláris Ca 2+ depót hoznak létre a mitokondriumokban és az endoplazmatikus retikulumban.

Másodlagos aktív A transzport az egyik szállított anyag koncentráció-gradiense miatt következik be (4.9. ábra), amelyet leggyakrabban az ATP fogyasztásával működő Na+, K+-ATPáz hoz létre.

Magasabb koncentrációjú anyag hozzáadása a hordozófehérje aktív centrumához megváltoztatja annak konformációját, és növeli az affinitást a sejtbe jutó vegyület iránt a koncentrációgradienssel szemben. A másodlagos aktív szállítás kétféle: aktív szimportÉs antiport.

Rizs. 4.8. A Ca 2 + ATPáz működési mechanizmusa

Rizs. 4.9. Másodlagos aktív szállítás

3. Makromolekulák és részecskék átvitele membránok részvételével - endocitózis és exocitózis.

A makromolekulák, például fehérjék, nukleinsavak, poliszacharidok vagy akár nagyobb részecskék átvitele az extracelluláris környezetből a sejtbe endocitózis. Anyagok vagy nagy molekulatömegű komplexek kötődése a plazmamembrán bizonyos területein történik, amelyeket ún gödrök határolják. Az endocitózis, amely a szegélyezett gödrökbe épített receptorok részvételével történik, lehetővé teszi a sejtek számára meghatározott anyagok felszívódását és ún. receptor-függő endocitózis.

A makromolekulák, például a peptid hormonok, az emésztőenzimek, az extracelluláris mátrix fehérjék, a lipoprotein komplexek kiválasztódnak a vérbe vagy az intercelluláris térbe exocitózis. Ez a szállítási mód lehetővé teszi a szekréciós szemcsékben felhalmozódó anyagok eltávolítását a sejtből. A legtöbb esetben az exocitózist a sejtek citoplazmájában lévő kalciumionok koncentrációjának megváltoztatásával szabályozzák.

TÉMAKÖR 4.3. TRANSZMEMBRÁN JELÁTVITEL

A membránok fontos tulajdonsága, hogy képesek érzékelni és a környezetből érkező jeleket a sejtbe továbbítani. A sejtek külső jeleket észlelnek, amikor kölcsönhatásba lépnek a célsejtek membránjában található receptorokkal. A receptorok egy jelmolekula kapcsolódásával aktiválják az intracelluláris információátviteli utakat, ami a különböző anyagcsere-folyamatok sebességének változásához vezet.

1. Jelmolekula, membránreceptorral specifikusan kölcsönhatásba lépő ún elsődleges hírvivője. Különféle kémiai vegyületek működnek elsődleges hírvivőként – hormonok, neurotranszmitterek, eikozanoidok, növekedési faktorok vagy fizikai tényezők, mint például a fénykvantum. Az elsődleges hírvivők által aktivált sejtmembrán-receptorok továbbítják a kapott információt a fehérjék és enzimek rendszerébe, amelyek kialakulnak. jelátviteli kaszkád, több százszoros jelerősítést biztosítva. A sejt válaszideje, amely az anyagcsere-folyamatok aktiválásából vagy inaktiválásából, az izomösszehúzódásból és a célsejtekből származó anyagok szállításából áll, több perc is lehet.

Membrán receptorok fel vannak osztva:

Elsődleges hírvivő-kötő alegységet és ioncsatornát tartalmazó receptorok;

Katalitikus aktivitást kifejteni képes receptorok;

Receptorok, amelyek a G-fehérjék segítségével aktiválják a másodlagos (intracelluláris) hírvivők képződését, amelyek jelet továbbítanak a citoszol specifikus fehérjéihez és enzimjeihez (4.10. ábra).

A másodlagos hírvivők kis molekulatömegűek, nagy sebességgel diffundálnak a sejt citoszoljában, megváltoztatják a megfelelő fehérjék aktivitását, majd gyorsan lehasadnak vagy eltávolíthatók a citoszolból.

Rizs. 4.10. A membránban lokalizált receptorok.

A membránreceptorok három csoportra oszthatók. Receptorok: 1 - olyan alegységet tartalmaznak, amely egy jelzőmolekulát és egy ioncsatornát köt össze, például egy acetilkolin receptort a posztszinaptikus membránon; 2 - katalitikus aktivitást mutat egy szignálmolekula, például egy inzulinreceptor kapcsolódása után; 3, 4 - jel továbbítása az adenilát-cikláz (AC) vagy foszfolipáz C (PLC) enzimhez membrán G-fehérjék, például különböző típusú adrenalin, acetilkolin és más jelzőmolekulák részvételével

Szerep másodlagos hírvivők a molekulák és ionok a következőket hajtják végre:

CAMP (ciklikus adenozin-3",5"-monofoszfát);

CGMP (ciklikus guanozin-3",5"-monofoszfát);

IP 3 (inozitol-1,4,5-trifoszfát);

DAG (diacil-glicerin);

Vannak hormonok (szteroid és pajzsmirigy), amelyek a lipid kettős rétegen áthaladva, behatolni a sejtbeés interakcióba lép intracelluláris receptorok. Fiziológiailag fontos különbség a membrán és az intracelluláris receptorok között a bejövő jelre adott válasz sebessége. Az első esetben a hatás gyors és rövid életű lesz, a másodikban - lassú, de hosszan tartó.

G-fehérjéhez kapcsolt receptorok

A hormonok kölcsönhatása a G-fehérjéhez kapcsolt receptorokkal az inozitol-foszfát jelátviteli rendszer aktiválásához vagy az adenilát-cikláz szabályozó rendszer aktivitásának megváltozásához vezet.

2. Adenilát cikláz rendszer tartalmazza (4.11. ábra):

- integrál a citoplazma membrán fehérjéi:

Rs - az elsődleges hírvivő receptora - az adenilát-cikláz rendszer (ACS) aktivátora;

R; - elsődleges hírvivő receptor - ACS inhibitor;

Adenilát-cikláz enzim (AC).

- "lehorgonyzott" fehérjék:

A G s egy α, βγ alegységekből álló GTP-kötő fehérje, amelyben (α, alegység GDP-molekulához kapcsolódik;

Rizs. 4.11. Az adenilát cikláz rendszer működése

G ; - GTP-kötő fehérje, amely αβγ-alegységekből áll, amelyben a; -alegység a GDP-molekulához kapcsolódik; - citoszolikus enzim protein kináz A (PKA).

Az elsődleges hírvivő jelzés eseménysorozata az adenilát-cikláz rendszerrel

A receptor a membrán külső felületén az elsődleges hírvivőhöz, a membrán belső felületén pedig a G-fehérjéhez (α,βγ-GDP) rendelkezik. Az adenilát-cikláz rendszer aktivátorának, például egy hormonnak a kölcsönhatása egy receptorral (Rs) a receptor konformációjának megváltozásához vezet. A receptor affinitása a G. fehérjéhez nő. A hormon-receptor komplex kötődése a GS-GDP-hez csökkenti a G.. fehérje α,-alegységének affinitását a GDP-hez és növeli a GTP-hez való affinitását. Az α,-alegység aktív központjában a GDP-t GTP váltja fel. Ez megváltoztatja az α alegység konformációját, és csökkenti affinitását a βγ alegységekhez. Az elválasztott α,-GTP alegység oldalirányban mozog a membrán lipidrétegében az enzim felé. adenilát-cikláz.

Az α,-GTP kölcsönhatása az adenilát-cikláz szabályozó központjával megváltoztatja az enzim konformációját, aktiválódásához és a másodlagos hírvivő - ciklikus adenozin-3,5"-monofoszfát (cAMP) - képződési sebességének növekedéséhez vezet. az ATP-től. A cAMP koncentrációja a sejtben nő. A cAMP molekulák reverzibilisen kötődhetnek a protein kináz A (PKA) szabályozó alegységeihez, amely két szabályozó (R) és két katalitikus (C) alegységből áll - (R 2 C 2). Az R 2 C 2 komplexnek nincs enzimaktivitása. A cAMP kötődése a szabályozó alegységekhez konformációjuk megváltozását és a C-alegységekkel való komplementaritás elvesztését okozza. A katalitikus alegységek enzimatikus aktivitásra tesznek szert.

Az aktív protein kináz A specifikus fehérjéket foszforilál a szerin és treonin oldalláncokon az ATP segítségével. A fehérjék és enzimek foszforilációja növeli vagy csökkenti aktivitásukat, ezáltal megváltoztatja az anyagcsere-folyamatok sebességét, amelyben részt vesznek.

Az R receptor szignálmolekula aktiválása serkenti a Gj fehérje működését, amely ugyanazon szabályok szerint megy végbe, mint a G fehérje esetében. De amikor az αi-GTP alegység kölcsönhatásba lép az adenilát-ciklázzal, az enzimaktivitás csökken.

Az adenilát-cikláz és a protein-kináz A inaktiválása

A GTP-vel komplexben lévő α,-alegység az adenilát-ciklázzal kölcsönhatásba lépve enzimatikus (GTP-foszfatáz) aktivitást kezd mutatni, hidrolizálja a GTP-t. Az így létrejövő GDP-molekula az α-alegység aktív központjában marad, megváltoztatja konformációját és csökkenti az AC-hez való affinitását. Az AC és az α,-GDP komplexe disszociál, az α,-GDP bekerül a G.. fehérjébe. Az α,-GDP elválasztása az adenilát-cikláztól inaktiválja az enzimet, és a cAMP szintézis leáll.

Foszfodiészteráz- a citoplazma membrán „lehorgonyzott” enzime a korábban képződött cAMP-molekulákat AMP-vé hidrolizálja. A cAMP koncentrációjának csökkenése a sejtben a cAMP 4 K "2 komplex hasítását okozza, és növeli az R- és C-alegységek affinitását, és a PKA inaktív formája képződik.

Hatás alatt foszforilált enzimek és fehérjék foszfoprotein foszfatázok defoszforilált formába mennek át, konformációjuk, aktivitásuk és azon folyamatok sebessége, amelyekben ezek az enzimek részt vesznek, megváltozik. Ennek eredményeként a rendszer visszatér eredeti állapotába, és készen áll az újra aktiválásra, amikor a hormon kölcsönhatásba lép a receptorral. Ez biztosítja, hogy a vér hormontartalma megfeleljen a célsejtek válaszreakciójának intenzitásának.

3. Az adenilát cikláz rendszer részvétele a génexpresszió szabályozásában. Számos fehérjehormon: glukagon, vazopresszin, mellékpajzsmirigyhormon stb., amelyek jelét az adenilát-cikláz rendszeren keresztül továbbítják, nemcsak a reakciók sebességének változását okozhatják a sejtben már jelenlévő enzimek foszforilálásával, hanem számukat is növelhetik vagy csökkenthetik. , szabályozza a génexpressziót (4.12. ábra). Az aktív protein kináz A bejuthat a sejtmagba és foszforilálhatja a transzkripciós faktort (CREB). Foszfor kapcsolat

Rizs. 4.12. Adenilát cikláz útvonal, amely specifikus gének expressziójához vezet

aminosav növeli a transzkripciós faktor (CREB-(P) affinitását a DNS-szabályozó zóna-CRE (cAMP-válasz elem) specifikus szekvenciájához, és serkenti bizonyos fehérjék gének expresszióját.

A szintetizált fehérjék lehetnek enzimek, amelyek számának növekedése megnöveli az anyagcsere-folyamatok reakcióinak sebességét, vagy membrántranszporterek, amelyek biztosítják bizonyos ionok, víz vagy más anyagok sejtből való bejutását, illetve kilépését.

Rizs. 4.13. Inozitol-foszfát rendszer

A rendszer működését fehérjék biztosítják: kalmodulin, protein kináz C enzim, Ca 2 + -kalmodulin-függő protein kinázok, az endoplazmatikus retikulum membrán Ca 2 + -szabályozott csatornái, sejt- és mitokondriális membránok Ca 2 + -ATPázai .

Az elsődleges hírvivő jelátvitel eseménysorozata az inozitol-foszfát rendszeren keresztül

Az inozitol-foszfát rendszer aktivátorának a receptorhoz (R) való kötődése annak konformációjának megváltozásához vezet. A receptor affinitása a GF lc fehérjéhez nő. Az elsődleges hírvivő-receptor komplex csatolása a Gf ls-GDP-hez csökkenti az af l-alegység GDP-hez való affinitását, és növeli a GTP-hez való affinitását. Az aphl alegység aktív központjában a GDP-t GTP váltja fel. Ez megváltoztatja az af ls alegység konformációját és a βγ alegységek iránti affinitás csökkenését, és a Gf ls fehérje disszociációja következik be. Az elválasztott aph ls-GTP alegység oldalirányban mozog a membrán mentén az enzimhez foszfolipáz C.

Az aphls-GTP kölcsönhatása a foszfolipáz C kötőközpontjával megváltoztatja az enzim konformációját és aktivitását, és a sejtmembrán foszfolipid - foszfatidil-inozitol-4,5-biszfoszfát (FIF 2) - hidrolízisének sebessége megnő (4.14. ábra). ).

Rizs. 4.14. A foszfatidil-inozitol-4,5-biszfoszfát (PIF 2) hidrolízise

A reakció során két termék képződik - a hormonális jel másodlagos hírvivői (másodlagos hírvivők): a diacilglicerin, amely a membránban marad, és részt vesz a protein kináz C enzim aktiválásában, valamint az inozitol-1,4,5-trifoszfát. (IP 3), amely hidrofil vegyület lévén a citoszolba kerül. Így a sejtreceptor által vett jel kétágú. Az IP 3 az endoplazmatikus retikulum (E) membránjának Ca 2+ csatornájának specifikus központjaihoz kötődik, ami a fehérje konformációjának megváltozásához és a Ca 2+ csatorna megnyílásához vezet. Mivel a kalciumkoncentráció az ER-ben megközelítőleg 3-4 nagyságrenddel magasabb, mint a citoszolban, a csatorna megnyílása után a Ca 2+ koncentrációgradiens mentén kerül a citoszolba. IP 3 hiányában a citoszolban a csatorna zárva van.

Minden sejt citoszolja tartalmaz egy kis fehérjét, a kalmodulint, amelynek négy Ca 2+-kötőhelye van. Növekvő koncentrációval

kalcium, aktívan kötődik a kalmodulinhoz, 4Ca 2+ -kalmodulin komplexet képezve. Ez a komplex kölcsönhatásba lép a Ca 2+ -kalmodulin-függő protein kinázokkal és más enzimekkel, és fokozza azok aktivitását. Az aktivált Ca 2 + -kalmodulin-dependens protein kináz bizonyos fehérjéket és enzimeket foszforilál, ami változást eredményez azok aktivitásában és a metabolikus folyamatok sebességében, amelyekben részt vesznek.

A Ca 2+ koncentrációjának növekedése a sejt citoszoljában növeli a Ca 2+ és az inaktív citoszol enzim kölcsönhatásának sebességét protein kináz C (PKC). A PKC kalciumionokhoz való kötődése serkenti a fehérje mozgását a plazmamembránhoz, és lehetővé teszi, hogy az enzim kölcsönhatásba lépjen a membránban lévő foszfatidil-szerin (PS) molekulák negatív töltésű „fejeivel”. A diacilglicerin, amely specifikus helyeket foglal el a protein-kináz C-ben, tovább növeli a kalciumionok iránti affinitását. A membrán belső oldalán a PKS aktív formája (PKS? Ca 2 + ? PS? DAG) képződik, amely specifikus enzimeket foszforilál.

Az IF rendszer aktiválása nem tart sokáig, és miután a sejt reagál az ingerre, a foszfolipáz C, a protein kináz C és a Ca 2 + kalmodulin-függő enzimek inaktiválódnak. af ls - Az alegység GTP-vel és foszfolipáz C-vel komplexben enzimatikus (GTP-foszfatáz) aktivitást mutat, hidrolizálja a GTP-t. A GDP-hez kötött apl-alegység elveszti affinitását a foszfolipáz C iránt, és visszatér eredeti inaktív állapotába, azaz. az αβγ-GDP komplexben (Gf lc-protein) szerepel.

Az apls-GDP elválasztása a foszfolipáz C-től inaktiválja az enzimet, és a PIF 2 hidrolízise leáll. A citoszol Ca 2+ koncentrációjának növekedése aktiválja az endoplazmatikus retikulum, a citoplazma membrán Ca 2+ -ATPázainak munkáját, amelyek „kipumpálják” a Ca 2+-t a sejt citoszoljából. Ebben a folyamatban az aktív antiport elven működő Na+/Ca 2+ és H+/Ca 2+ hordozók is részt vesznek. A Ca 2+ koncentráció csökkenése a Ca 2+ -kalmodulin-függő enzimek disszociációjához és inaktiválásához, valamint a protein kináz C membránlipidekhez való affinitásának elvesztéséhez és aktivitásának csökkenéséhez vezet.

Az IP 3 és a DAG, amely a rendszer aktiválásának eredményeként képződik, ismét kölcsönhatásba léphet egymással, és foszfatidil-inozitol-4,5-biszfoszfáttá alakulhat.

A foszforilált enzimek és fehérjék a foszfoprotein-foszfatáz hatására defoszforilált formává alakulnak, konformációjuk és aktivitásuk megváltozik.

5. Katalitikus receptorok. A katalitikus receptorok enzimek. Ezen enzimek aktivátorai lehetnek hormonok, növekedési faktorok és citokinek. Az enzimreceptorok aktív formájukban a tirozin -OH csoportjain specifikus fehérjéket foszforilálnak, ezért ezeket tirozin protein kinázoknak nevezik (4.15. ábra). Speciális mechanizmusok közreműködésével a katalitikus receptor által kapott jel a sejtmagba kerülhet, ahol bizonyos gének expresszióját serkenti vagy elnyomja.

Rizs. 4.15. Az inzulinreceptor aktiválása.

A foszfoprotein-foszfatáz specifikus foszfoproteineket defoszforilál.

A foszfodiészteráz a cAMP-t AMP-vé, a cGMP-t pedig GMP-vé alakítja.

GLUT 4 - glükóz transzporterek inzulinfüggő szövetekben.

A tirozin protein-foszfatáz defoszforilálja a receptor β alegységeit

inzulin

A katalitikus receptor például az inzulin receptor amely két a- és két béta-alegységből áll. Az α-alegységek a sejtmembrán külső felületén helyezkednek el, a β-alegységek behatolnak a membrán kettős rétegébe. Az inzulinkötő helyet az α alegységek N-terminális doménjei alkotják. A receptor katalitikus központja a β-alegységek intracelluláris doménjein található. A receptor citoszol része számos tirozin-maradékot tartalmaz, amelyek foszforilezhetők és defoszforilálhatók.

Az inzulin kötődése az α-alegységek által kialakított kötőközponthoz kooperatív konformációs változásokat okoz a receptorban. A β-alegységek tirozin kináz aktivitást mutatnak, és katalizálják a transzautofoszforilációt (az első β-alegység foszforilezi a második β-alegységet, és fordítva) több tirozin csoportnál. A foszforiláció az enzim (Tyr-PK) töltésének, konformációjának és szubsztrátspecifitásának megváltozásához vezet. A tirozin-PK foszforilál bizonyos sejtfehérjéket, amelyeket inzulinreceptor szubsztrátoknak nevezünk. Ezek a fehérjék viszont részt vesznek a foszforilációs reakciók kaszkádjának aktiválásában:

foszfoprotein foszfatázok(PPF), amely specifikus foszfoproteineket defoszforilál;

foszfodiészteráz, amely a cAMP-t AMP-vé, a cGMP-t pedig GMP-vé alakítja;

GLUT 4- glükóz transzporterek az inzulinfüggő szövetekben, ezért fokozódik az izomsejtek és a zsírszövet glükóz ellátása;

tirozin protein foszfatáz, amely defoszforilezi az inzulinreceptor β-alegységeit;

nukleáris szabályozó fehérjék, transzkripciós faktorok, bizonyos enzimek génjeinek expressziójának növelése vagy csökkentése.

A hatás megvalósítása növekedési tényezők katalitikus receptorok segítségével végezhetők, amelyek egyetlen polipeptid láncból állnak, de az elsődleges hírvivő kötődésekor dimereket képeznek. Minden ilyen típusú receptor rendelkezik extracelluláris glikozilált doménnel, transzmembránnal (a-hélix) és citoplazmatikus doménnel, amelyek aktiválva képesek proteinkináz aktivitást mutatni.

A dimerizáció elősegíti katalitikus intracelluláris doménjeik aktiválását, amelyek transzautofoszforilációt hajtanak végre a szerin, treonin vagy tirozin aminosavainál. A foszformaradékok kötődése specifikus citoszol fehérjék kötőközpontjainak kialakulásához vezet a receptoron, és aktiválódik a protein kináz jelátviteli kaszkád (4.16. ábra).

Az elsődleges hírvivők (növekedési faktorok) jelátvitelének eseménysora Ras és Raf fehérjék részvételével.

A receptor (R) növekedési faktorhoz (GF) való kötődése annak dimerizációjához és transzautofoszforilációjához vezet. A foszforilált receptor affinitást szerez a Grb2 fehérjéhez. A kialakult FR*R*Grb2 komplex kölcsönhatásba lép a citoszolikus SOS fehérjével. Változás az SOS konformációban

biztosítja kölcsönhatását a lehorgonyzott Ras-GDP membránfehérjével. Az FRaRgGgb2SOSRas-GDP komplex képződése csökkenti a Ras fehérje GDP-hez való affinitását, és növeli a GTP-hez való affinitását.

A GDP GTP-vel való helyettesítése megváltoztatja a Ras fehérje konformációját, amely elválik a komplextől és kölcsönhatásba lép a Raf fehérjével a membránközeli régióban. A Ras-GTPaRaf komplex proteinkináz aktivitást mutat, és foszforilezi a MEK kináz enzimet. Az aktivált MEK kináz viszont foszforilezi a MAP kinázt a treoninnál és a tirozinnál.

4.16. MAP kináz kaszkád.

Az ilyen típusú receptorok az epidermális növekedési faktorban (EGF), az idegi növekedési faktorban (NGF) és más növekedési faktorokban találhatók.

A Grb2 egy fehérje, amely kölcsönhatásba lép a növekedési faktor receptorral (növekedési receptor kötő fehérje); SOS (GEF) - GDP-GTP cserefaktor (guanin nukleotid cserefaktor); Ras - G fehérje (guanidin-trifoszfatáz); A Raf kináz - aktív formában - foszforilálja a MEK kinázt; MEK kináz - MAP kináz kináz; MAP kináz – mitogén által aktivált protein kináz

A -PO 3 2- csoport hozzáadása a MAP kináz aminosavgyökeihez megváltoztatja annak töltését, konformációját és aktivitását. Az enzim a membránok, a citoszol és a sejtmag specifikus fehérjéit foszforilezi szerinnél és treoninnál.

E fehérjék aktivitásának változása befolyásolja az anyagcsere-folyamatok sebességét, a membrántranszlokázok működését és a célsejtek mitotikus aktivitását.

Receptorok guanilát cikláz aktivitás szintén a katalitikus receptorokhoz tartoznak. Guanilát cikláz katalizálja a cGMP képződését a GTP-ből, amely az intracelluláris jelátvitel egyik fontos hírvivője (közvetítője) (4.17. ábra).

Rizs. 4.17. A membrán guanilát cikláz aktivitásának szabályozása.

A membránhoz kötött guanilát-cikláz (GC) egy transzmembrán glikoprotein. A szignálmolekula kötőközpontja az extracelluláris doménen található, a guanilát-cikláz intracelluláris doménje az aktiválás következtében katalitikus aktivitást mutat.

Az elsődleges hírvivőnek a receptorhoz való kötődése aktiválja a guanilát-ciklázt, amely katalizálja a GTP átalakulását ciklikus guanozin-3,5"-monofoszfáttá (cGMP), a másodlagos hírvivővé. A cGMP koncentrációja a sejtben nő. A cGMP molekulák reverzibilisen kötődhetnek a protein kináz G (PKG5) szabályozó központjaihoz, amely két alegységből áll. A cGMP négy molekulája megváltoztatja az enzim konformációját és aktivitását. Az aktív protein kináz G katalizálja bizonyos fehérjék és enzimek foszforilációját a sejt citoszoljában. A protein kináz G egyik elsődleges hírvivője a pitvari natriuretikus faktor (ANF), amely szabályozza a folyadék homeosztázist a szervezetben.

6. Jelátvitel intracelluláris receptorok segítségével. A kémiailag hidrofób hormonok (szteroid hormonok és tiroxin) átdiffundálhatnak a membránokon, így receptoraik a sejt citoszoljában vagy magjában helyezkednek el.

A citoszol receptorok egy chaperon fehérjéhez kapcsolódnak, amely megakadályozza a receptor idő előtti aktiválódását. A szteroid és pajzsmirigyhormonok nukleáris és citoszol receptorai tartalmaznak egy DNS-kötő domént, amely biztosítja a hormon-receptor komplex kölcsönhatását a sejtmagban lévő DNS szabályozó régióival és a transzkripció sebességének változását.

A transzkripciós sebesség változásához vezető események sorozata

A hormon áthalad a sejtmembrán lipid kettős rétegén. A citoszolban vagy a sejtmagban a hormon kölcsönhatásba lép a receptorral. A hormon-receptor komplex átjut a sejtmagba, és a szabályozó DNS nukleotid szekvenciához kapcsolódik - fokozó(4.18. ábra) ill Hangtompító. A promoter hozzáférhetõsége az RNS-polimerázhoz növekszik, ha kölcsönhatásba lép egy enhanszerrel, vagy csökken, ha kölcsönhatásba lép egy hangtompítóval. Ennek megfelelően egyes szerkezeti gének transzkripciós sebessége nő vagy csökken. Az érett mRNS-ek kilépnek a sejtmagból. Egyes fehérjék transzlációs sebessége nő vagy csökken. Megváltozik a sejt anyagcseréjét és funkcionális állapotát befolyásoló fehérjék mennyisége.

Minden sejtben különböző jelátviteli rendszerekben találhatók receptorok, amelyek az összes külső jelet intracellulárissá alakítják. Egy adott elsődleges hírvivő receptorainak száma sejtenként 500 és több mint 100 000 között változhat. A membránon egymástól távol helyezkednek el, vagy annak bizonyos területein koncentrálódnak.

Rizs. 4.18. Jelátvitel az intracelluláris receptorokhoz

b) a táblázatból válassza ki a lipideket, amelyek részt vesznek:

1. A protein kináz C aktiválása

2. DAG képződés reakciói foszfolipáz C hatására

3. Idegrostok mielinhüvelyének kialakulása

c) írja le a 2. bekezdésben választott lipid hidrolízis reakcióját;

d) jelölje meg, hogy a hidrolízis termékei közül melyik vesz részt az endoplazmatikus retikulum Ca 2 + csatornájának szabályozásában.

2. Válaszd ki a helyes válaszokat.

A hordozófehérjék konformációs labilitását a következők befolyásolhatják:

B. Az elektromos potenciál változása a membránon keresztül

B. Specifikus molekulák kötődése D. Kétrétegű lipidek zsírsavösszetétele E. Az átvitt anyag mennyisége

3. Mérkőzés:

A. Kalciumcsatorna ER B. Ca 2 +-ATPáz

D. Ka+-függő Ca 2+ transzporter D. N+, K+-ATPáz

1. Na+-t szállít a koncentráció gradiens mentén

2. Funkciók a könnyített diffúzió mechanizmusa szerint

3. Na+-t szállít a koncentráció gradiens ellenében

4. Mozgassa az asztalt. 4.2. a füzetedbe, és töltsd ki.

4.2. táblázat. Adenilát-cikláz és inozitol-foszfát rendszerek

A működés felépítése és szakaszai	Adenilát cikláz rendszer	Inozitol-foszfát rendszer
Példa a rendszer elsődleges üzenetküldőjére
Integrált sejtmembránfehérje, amely komplementer kölcsönhatásba lép az elsődleges hírvivővel
Az enzim jelátviteli rendszerét aktiváló fehérje
Második hírvivő(ke)t alkotó enzimrendszer
Másodlagos hírvivő(k) rendszerek
A rendszer citoszol enzimje(i) kölcsönhatásba lép(nek) a második hírvivővel
Az enzimek aktivitásának szabályozási mechanizmusa (ebben a rendszerben) a metabolikus útvonalakban
A másodlagos hírvivők koncentrációjának csökkentésére szolgáló mechanizmusok a célsejtben
A jelátviteli rendszer membránenzimének aktivitásának csökkenésének oka

ÖNELLENŐRZÉSI FELADATOK

1. Mérkőzés:

A. Passzív szimport B. Passzív antiport

B. Endocitózis D. Exocitózis

D. Elsődleges aktív transzport

1. Az anyag transzportja a sejtbe a plazmamembrán egy részével együtt történik

2. Egyidejűleg a koncentráció gradiens mentén két különböző anyag jut be a sejtbe

3. Az anyagok átvitele a koncentrációgradiens ellenében történik

2. Válaszd ki a megfelelő választ.

ag- A GTP-hez kötődő G fehérje alegység aktiválja:

A. Receptor

B. Protein kináz A

B. Foszfodiészteráz G. Adenilát-cikláz D. Protein kináz C

3. Mérkőzés.

Funkció:

A. Szabályozza a katalitikus receptor aktivitását B. Aktiválja a foszfolipáz C-t

B. A protein-kináz A-t aktív formává alakítja

D. Növeli a Ca 2+ koncentrációját a sejt citoszoljában D. Aktiválja a protein kináz C-t

Másodlagos hírnök:

4. Mérkőzés.

Művelet:

A. Képes oldalirányú diffúzióra a membrán kettős rétegében

B. Az elsődleges hírvivővel komplexben csatlakozik az erősítőhöz

B. Enzimatikus aktivitást mutat, amikor kölcsönhatásba lép az elsődleges hírvivővel

D. Kölcsönhatásba léphet a G fehérjével

D. A jelátvitel során kölcsönhatásba lép a foszfolipáz C-vel Receptor:

1. Inzulin

2. Adrenalin

3. Szteroid hormon

5. Végezze el a "lánc" feladatot:

A) A peptid hormonok kölcsönhatásba lépnek a receptorokkal:

A. A sejt citoszoljában

B. A célsejt membránjainak integrált fehérjéi

B. A sejtmagban

D. Kovalens kötéssel a FIF 2-hez

b) egy ilyen receptor kölcsönhatása egy hormonnal a sejt koncentrációjának növekedését okozza:

A. Hormon

B. Köztes metabolitok

B. Másodlagos hírvivők D. Nukleáris fehérjék

V) ezek a molekulák lehetnek:

A. TAG B. GTP

B. FIF 2 G. cAMP

G) aktiválják:

A. Adenilát-cikláz

B. Ca 2+ -függő kalmodulin

B. Protein kináz A D. Foszfolipáz C

e) ez az enzim megváltoztatja az anyagcsere-folyamatok sebességét a sejtben:

A. A Ca 2 + koncentrációjának növelése a citoszolban B. Szabályozó enzimek foszforilációja

B. A protein-foszfatáz aktiválása

D. Változások a szabályozó fehérjék génexpressziójában

6. Végezze el a „lánc” feladatot:

A) a növekedési faktor (GF) kötődése a receptorhoz (R) a következőkhöz vezet:

A. Változások az FR-R komplex lokalizációjában

B. A receptor dimerizációja és transzautofoszforilációja

B. Változás a receptor konformációjában és a Gs fehérjéhez való kötődésben D. Az FR-R komplex áthelyezése

b) Az ilyen változások a receptor szerkezetében növelik affinitását a felületi membránfehérjéhez:

B. Raf G. Grb2

V) ez a kölcsönhatás növeli a citoszol fehérje komplexhez való csatlakozásának valószínűségét:

A. Calmodulina B. Ras

B. PKS D. SOS

G) ami növeli a komplex komplementaritását a „lehorgonyzott” fehérjével:

d) a „lehorgonyzott” fehérje konformációjának változása csökkenti affinitását:

A. tábor B. GTP

B. GDP D. ATP

e) ezt az anyagot a következőkkel helyettesítjük:

A. HDF B. AMP

B. cGMP D. GTP

és) egy nukleotid hozzáadása elősegíti a „lehorgonyzott” fehérje kölcsönhatását:

A. PKA B. Kalmodulin

h) ez a fehérje egy komplex része, amely foszforilálja:

A. MEK kináz B. Protein kináz C

B. Protein kináz A D. MAP kináz

És) Ez az enzim aktiválja:

A. MEK kináz B. Protein kinase G

B. Raf protein D. MAP kináz

j) egy fehérje foszforilációja növeli affinitását:

A. SOS és Raf fehérjék B. Nukleáris szabályozó fehérjék B. Kalmodulin D. Nukleáris receptorok

k) ezeknek a fehérjéknek az aktiválása a következőkhöz vezet:

A. A GTP defoszforilációja a Ras fehérje aktív központjában B. A receptor növekedési faktor iránti affinitásának csökkenése

B. A mátrix bioszintézis sebességének növelése D. Az SOS-Grb2 komplex disszociációja

m) ennek eredményeként:

A. Az SOS fehérje disszociál a receptorról.

B. Megtörténik a receptor protomerek disszociációja (R)

B. A Ras fehérje elválik a Raf fehérjétől

D. A célsejt proliferatív aktivitása megnő.

AZ „ÖNELLENŐRZÉSI FELADATOKRA” VONATKOZÓ VÁLASZOK SZABVÁNYAI

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

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

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

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

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

ALAPVETŐ FELTÉTELEK ÉS FOGALMAK

1. A membránok felépítése és funkciói

2. Anyagok szállítása a membránokon keresztül

3. A membránfehérjék szerkezetének sajátosságai

4. Transzmembrán jelátviteli rendszerek (adenilát-cikláz, inozitol-foszfát, guanilát-cikláz, katalitikus és intracelluláris receptorok)

5. Elsődleges hírvivők

6. Másodlagos hírvivők (közvetítők)

FELADATOK A TANÉLETI MUNKÁHOZ

1. Nézze meg az ábrát. 4.19 és hajtsa végre a következő feladatokat:

a) nevezze meg a szállítás típusát;

b) határozza meg az események sorrendjét:

A. Cl - koncentrációgradiens mentén hagyja el a sejtet

B. A protein kináz A foszforilezi a csatorna R alegységét

B. Az R alegység konformációja megváltozik

D. A membránfehérje kooperatív konformációs változásai következnek be

D. Az adenilát-cikláz rendszer aktiválódik

Rizs. 4.19. A C1 csatorna működése a bél endotéliumában.

Az R egy szabályozó fehérje, amelyet a protein kináz A (PKA) alakít foszforilált formává.

c) hasonlítsa össze az endoplazmatikus retikulum membrán Ca 2+ csatornájának és a bél endothelsejt Cl - csatornájának működését a táblázat kitöltésével! 4.3.

4.3. táblázat. A csatornák működésének szabályozási módszerei

Problémákat megoldani

1. A szívizom összehúzódása aktiválja a Ca 2+-t, melynek tartalma a sejt citoszoljában a citoplazma membrán cAMP-függő transzportereinek működése következtében megnő. A sejtekben a cAMP koncentrációját viszont két jelzőmolekula - az adrenalin és az acetilkolin - szabályozza. Ezenkívül ismert, hogy a β 2 -adrenerg receptorokkal kölcsönhatásba lépő adrenalin növeli a cAMP koncentrációját a szívizomsejtekben és serkenti a perctérfogatot, az acetilkolin pedig az M 2 -kolinerg receptorokkal kölcsönhatásba lépve csökkenti a cAMP szintjét és a szívizom kontraktilitását. Magyarázza meg, hogy két elsődleges hírvivő, ugyanazt a jelátviteli rendszert használva, miért vált ki különböző sejtválaszokat. Ezért:

a) képzeljük el az adrenalin és az acetilkolin jelátviteli sémáját;

b) jelölje meg e hírnökök jelátviteli kaszkádjainak különbségét.

2. Az acetilkolin a nyálmirigyek M 3 -kolinerg receptoraival kölcsönhatásba lépve serkenti a Ca 2+ felszabadulását az ER-ből. A citoszolban a Ca 2+ koncentrációjának növekedése biztosítja a szekréciós szemcsék exocitózisát, valamint az elektrolitok és kis mennyiségű fehérje felszabadulását a nyálcsatornába. Ismertesse az ER Ca 2+ csatornák működésének szabályozását! Ezért:

a) nevezze meg azt a másodlagos hírvivőt, amely biztosítja a Ca 2+ csatornák megnyitását az ER-ben;

b) írja le a másodlagos hírvivő kialakulásának reakcióját;

c) mutassa be az acetilkolin transzmembrán jelátvitelének diagramját, amelynek aktiválása során a szabályozó ligandum Ca 2+ csatorna képződik

3. Az inzulinreceptor-kutatók jelentős változást azonosítottak egy olyan fehérje génjében, amely az inzulinreceptor egyik szubsztrátja. Hogyan befolyásolja az inzulin jelátviteli rendszerének működését a fehérje szerkezetének megzavarása? A kérdés megválaszolásához:

a) ábrázolja az inzulin transzmembrán jelátvitelét;

b) nevezze meg azokat a fehérjéket és enzimeket, amelyeket az inzulin aktivál a célsejtekben, jelezze működésüket.

4. A Ras fehérje a citoplazma membránjának lehorgonyzott fehérje. A „horgony” funkciót a 15 szénatomos farnezil-maradék H 3 C-(CH 3) C=CH-CH 2 -[CH 2 -(CH 3) C=CH-CH 2 ] 2 - látja el, amelyhez kapcsolódik. a fehérjéhez a farnezil-transzferáz enzim hatására a poszttranszlációs módosítás során. Ezen enzim inhibitorai jelenleg klinikai vizsgálatok alatt állnak.

Miért vezet ezeknek a gyógyszereknek a használata a növekedési faktor jelátviteli zavarához? Válaszolni:

a) bemutatunk egy Ras-fehérjéket tartalmazó jelátviteli sémát;

b) magyarázza el a Ras fehérjék működését és acilezésük zavarának következményeit;

c) találja ki, milyen betegségek kezelésére fejlesztették ki ezeket a gyógyszereket.

5. A kalcitriol szteroid hormon aktiválja az étrendi kalcium felszívódását, növelve a Ca 2+ transzport fehérjék számát a bélsejtekben. Ismertesse a kalcitriol hatásmechanizmusát! Ezért:

a) adja meg a szteroid hormon jelátvitelének általános sémáját és írja le működését;

b) nevezze meg azt a folyamatot, amely a célsejt magjában aktiválja a hormont;

c) jelölje meg, hogy a sejtmagban szintetizált molekulák melyik mátrix bioszintézisében vesznek részt, és ez hol történik.

I. A szteroid (C) penetrációja a sejtbe

II. Az SR komplex kialakulása

Az összes P szteroid hormon körülbelül azonos méretű globuláris fehérje, amely nagyon nagy affinitással köti meg a hormonokat

III. A CP átalakítása olyan formává, amely képes kötődni a nukleáris akceptorokhoz [CP]

Bármely sejt tartalmazza az összes genetikai információt. A sejtek specializálódásával azonban a legtöbb DNS-t megfosztják attól, hogy az mRNS-szintézis templátjaként szolgáljon. Ezt úgy érik el, hogy a hisztonfehérjék köré hajtódnak, ami a transzkripció gátlásához vezet. Ebben a tekintetben a sejt genetikai anyaga 3 típusú DNS-re osztható:

1.transzkripciósan inaktív

2.állandóan kifejezve

3.hormonok vagy más jelzőmolekulák indukálják.

IV. A [CP] kötődése a kromatin akceptorhoz

Meg kell jegyezni, hogy a C akció ezen szakaszát még nem tanulmányozták teljes mértékben, és számos ellentmondásos kérdést vet fel. Úgy gondolják, hogy a [CP] kölcsönhatásba lép a DNS meghatározott régióival oly módon, hogy lehetővé teszi az RNS-polimeráz számára, hogy specifikus DNS-doménekkel érintkezzen.

Egy érdekes kísérlet kimutatta, hogy az mRNS felezési ideje megnő, ha hormon stimulálja. Ez sok ellentmondáshoz vezet: nem világos, hogy az mRNS mennyiségének növekedése azt jelzi, hogy a [CP] növeli az mRNS transzkripciós sebességét vagy megnöveli a felezési idejét; ugyanakkor az mRNS felezési idejének növekedése azzal magyarázható, hogy egy hormon-stimulált sejtben nagyszámú riboszóma van, amelyek stabilizálják az mRNS-t, vagy a [CP] más, általunk jelenleg nem ismert hatását.

V. Specifikus mRNS-ek transzkripciójának szelektív elindítása; tRNS és rRNS összehangolt szintézise

Feltételezhető, hogy a [CP] fő hatása a kondenzált kromatin fellazítása, ami az RNS polimeráz molekulákhoz való hozzáférés megnyitásához vezet. Az mRNS mennyiségének növekedése a tRNS és az rRNS szintézisének növekedéséhez vezet.

VI. Primer RNS-ek feldolgozása

VII. Az mRNS transzportja a citoplazmába

VIII. Protein szintézis

IX. Poszttranszlációs fehérjemódosítás

A kutatások szerint azonban ez a hormonok fő, de nem egyetlen lehetséges hatásmechanizmusa. Például az androgének és az ösztrogének a cAMP növekedését okozzák egyes sejtekben, ami arra utal, hogy a szteroid hormonoknak is vannak membránreceptorai. Ez azt mutatja, hogy a szteroid hormonok hatnak bizonyos érzékeny sejtekre, például a vízben oldódó hormonokra.

Másodlagos közvetítők

A peptidhormonok, aminok és neurotranszmitterek a szteroidokkal ellentétben hidrofil vegyületek, és nem képesek könnyen áthatolni a sejt plazmamembránján. Ezért kölcsönhatásba lépnek a sejtfelszínen található membránreceptorokkal. A hormon-receptor kölcsönhatás erősen koordinált biológiai reakciót indít el, amely számos sejtkomponenst érinthet, amelyek közül néhány jelentős távolságra helyezkedik el a plazmamembrántól.

A cAMP az első olyan vegyület, amelyet a felfedező Sutherland „második hírvivőnek” nevezett, mivel magát a hormont tekintette „első hírvivőnek”, amely a „második hírvivő” sejten belüli szintézisét idézi elő, amely közvetíti a „második hírvivő” biológiai hatását. első.

Ma a második hírvivőknek legalább 3 típusa nevezhető: 1) ciklikus nukleotidok (cAMP és cGMP); 2) Ca-ionok és 3) foszfatidil-inozitol metabolitok.

Az ilyen rendszerek segítségével kis számú hormonmolekula receptorokhoz kötődve sokkal nagyobb számú másodlagos hírvivő molekula termelődését idézi elő, ez utóbbiak pedig még nagyobb számú fehérjemolekula aktivitását befolyásolják. Így a jel fokozatosan erősödik, ami kezdetben akkor következik be, amikor a hormon a receptorhoz kötődik.

TsAMP

Leegyszerűsítve a hormon cAMP-n keresztüli hatása a következőképpen ábrázolható:

1. hormon + sztereospecifikus receptor

2. az adenilát-cikláz aktiválása

3. cAMP képződés

4. cAMP koordinált reakció biztosítása

Hormon Külső környezet

Receptor membrán

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

Inaktív protein kináz

Foszfodiészteráz

Aktív protein kináz

Defoszfoprotein Foszfoprotein

Foszfoprotein foszfatáz

Biológiai hatás

1. ábra

1. Megjegyzendő, hogy a receptorok is dinamikus struktúrák. Ez azt jelenti, hogy számuk csökkenhet vagy növekedhet. Például a megnövekedett testtömegű embereknél az inzulinreceptorok száma csökken. Kísérletek kimutatták, hogy ha tömegüket normalizálják, akkor észrevehető a receptorok számának normális szintre való növekedése. Más szavakkal, amikor az inzulinkoncentráció növekszik vagy csökken, a receptorkoncentrációban kölcsönös változások következnek be. Úgy gondolják, hogy ez a jelenség megvédheti a sejtet a túl intenzív stimulációtól, ha a hormonszint nem megfelelő.

2. Az adenilát-cikláz (A) aktiválása szintén szabályozott folyamat. Korábban azt hitték, hogy a (G) hormon, amikor a receptorhoz (P) kötődik, megváltoztatja a konformációját, ami az A aktiválásához vezet. Kiderült azonban, hogy az A egy alloszterikus enzim, amelyet a GTP aktivál. A GTP egy speciális fehérjét (transzducert) szállít G. Ezzel kapcsolatban egy olyan modellt fogadtak el, amely nemcsak az A aktiválását írja le, hanem ennek a folyamatnak a befejezését is.

a) G + P + G·GDF ® G·R·G + GDF

b) G P G + GTP ® G + P + G GTP

c) GTP + A ® cAMP + G GDP

Így a rendszert „kikapcsoló” jel a GTP hidrolízis. A ciklus folytatásához a HDF-nek le kell válnia a G-ről, ami akkor következik be, amikor a hormon P-hez kötődik.

Egyes tényezők gátló hatással vannak az A-ra, és a cAMP-koncentráció csökkenését okozzák. A ciklázstimuláló agonisták példái közé tartozik a glukagon, ADH, LH, FSH, TSH és ACTH. A ciklázt gátló tényezők közé tartoznak az opioidok, a szomatosztatin, az angiotenzin II és az acetilkolin. Az adrenalin stimulálhatja (b-receptorokon keresztül) és gátolhatja (a-receptorokon keresztül) ezt az enzimet. Felmerül a kérdés, hogy az A kétirányú szabályozása hogyan valósul meg, kiderült, hogy a gátló rendszer egy háromdimenziós fehérjét foglal magában, amely rendkívül hasonló a fent említett G-proteinhez. A Gi hatás a következőképpen írható le:

a) G + P + Gi·GDF ® G·R·Gi + GDF

b) G P Gi + GTP ® G + P + Gi GTP

c) Gi·GTP + A® ¯cAMP + Gi·GDP

Az enzimfehérjék foszforilációja után a fent leírt reakciók során (lásd 1. ábra) konformációjuk megváltozik. Ennek következtében aktív központjuk konformációja is megváltozik, ami aktiválódásukhoz vagy gátlásukhoz vezet. Kiderült, hogy a második hírvivő cAMP-nek köszönhetően a rá specifikus enzimek működése aktiválódik vagy gátolt a sejtben, ami egy bizonyos, erre a sejtre jellemző biológiai hatást vált ki. Ebben a tekintetben a másodlagos hírvivő cAMP-n keresztül ható enzimek nagy száma ellenére egy bizonyos, specifikus válasz lép fel a sejtben.