Hormony hydrofilowe, ich budowa i funkcje biologiczne. Wapń jako drugi posłaniec Wtórni posłańcy hormonów

Podczas sygnalizacji w komórce głównymi mediatorami są związki chemiczne lub czynniki fizyczne (kwant światła), które mogą aktywować mechanizm transmisji sygnału w komórce. W odniesieniu do komórki odbiorczej głównymi posłańcami są sygnały zewnątrzkomórkowe. Należy zauważyć, że cząsteczki, które są obecne w obfitości wewnątrz komórki, ale normalnie są obecne w bardzo niskich stężeniach w przestrzeni międzykomórkowej (na przykład ATPyglutaminian), mogą również działać jako bodźce zewnątrzkomórkowe. W zależności od pełnionych funkcji pośredników pierwotnych można podzielić na kilka grup:

• cytokiny

  neuroprzekaźniki

  czynniki wzrostowe

  chemokiny

Receptory – specjalne białka, które dostarczają komórce sygnał od głównych przekaźników. W przypadku tych białek głównymi przekaźnikami są ligandy.

Aby zapewnić funkcję receptora, cząsteczki białka muszą spełniać szereg wymagań:

Posiadają wysoką selektywność ligandu;

Kinetykę wiązania ligandu należy opisać krzywą z wysyceniem odpowiadającym stanowi pełnego wykorzystania wszystkich cząsteczek receptora, których liczba na błonie jest ograniczona;

Receptory muszą mieć specyficzność tkankową, odzwierciedlającą obecność lub brak tych funkcji w komórkach narządu docelowego;

Wiązanie ligandu i jego działanie komórkowe (fizjologiczne) musi być odwracalne, parametry powinowactwa muszą odpowiadać fizjologicznym stężeniom liganda.

Receptory komórkowe dzielą się na następujące klasy:

membrana

• receptorowe kinazy tyrozynowe

  Receptory sprzężone z białkiem G

  kanały jonowe

cytoplazmatyczny

Receptory błonowe rozpoznają duże (np. insulina) lub hydrofilowe (np. adrenalina) cząsteczki sygnałowe, które nie mogą same dostać się do komórki. Małe hydrofobowe cząsteczki sygnałowe (na przykład trijodotyronina, hormony steroidowe, CO, NO) są w stanie dostać się do komórki na drodze dyfuzji. Receptorami takich hormonów są zazwyczaj rozpuszczalne białka cytoplazmatyczne lub jądrowe. Po związaniu się ligandu z receptorem informacja o tym zdarzeniu jest przekazywana dalej wzdłuż łańcucha i prowadzi do powstania pierwotnej i wtórnej odpowiedzi komórkowej.

Mechanizmy aktywacji receptorów. Jeśli zewnętrzna cząsteczka sygnałowa działa na receptory błony komórkowej i aktywuje je, to te ostatnie przekazują otrzymaną informację do układu białkowych składników błony, zwanego kaskadą transdukcji sygnału. Białka błonowe kaskady transdukcji sygnału dzielą się na:

białka transduktorowe związane z receptorem

enzymy wzmacniające związane z białkami przekaźnikowymi (aktywują drugorzędowe przekaźniki wewnątrzkomórkowe przenoszące informacje do komórki).

Tak działają receptory sprzężone z białkiem G. Inne receptory (kanały jonowe, receptory o aktywności kinazy białkowej) same służą jako multiplikatory.

4.3.2. Pośrednicy wtórni

Są to substancje o małej masie cząsteczkowej, które powstają lub są uwalniane w wyniku aktywności enzymatycznej jednego ze składników łańcucha transdukcji sygnału i przyczyniają się do jego dalszego przekazywania i wzmacniania. Wtórne przekaźniki charakteryzują się następującymi właściwościami: mają małą masę cząsteczkową i szybko dyfundują w cytoplazmie; są szybko cięte i szybko usuwane z cytoplazmy. Pośrednicy wtórni obejmują:

Jony wapnia (Ca2+);

cykliczny monofosforan adenozyny (cAMP) i cykliczny monofosforan guanozyny (cGMP)

trójfosforan inozytolu

cząsteczki lipofilowe (np. diacyloglicerol);

tlenek azotu (NO) (cząsteczka ta działa również jako główny przekaźnik przenikający do komórki z zewnątrz).

Czasami w komórce powstają również mediatory trzeciorzędowe. Jony Ca2+ pełnią więc zwykle rolę przekaźnika wtórnego, jednak podczas transmisji sygnału za pomocą trifosforanu inozytolu (przekaźnik wtórny) uwalniane przy jego udziale z EPR jony Ca2+ pełnią rolę mediatora trzeciorzędowego.

Mechanizm transmisji sygnału zakłada następujący schemat:

Oddziaływanie czynnika zewnętrznego (bodźca) z receptorem komórkowym,

Aktywacja cząsteczki efektorowej zlokalizowanej w błonie i odpowiedzialnej za generowanie przekaźników wtórnych,

Tworzenie pośredników wtórnych,

Aktywacja przez mediatory białek docelowych powodująca powstanie następujących mediatorów,

Zniknięcie pośrednika.

Sygnalizacja komórkowa (sygnalizacja komórkowa) jest częścią złożonego systemu komunikacyjnego, który kontroluje podstawowe procesy komórkowe i koordynuje działania komórki. Zdolność komórek do prawidłowego reagowania na zmiany w ich środowisku (mikrośrodowisku) jest podstawą rozwoju, naprawy tkanek, odporności i utrzymania homeostazy jako całości. Błędy w komórkowych systemach przetwarzania informacji mogą prowadzić do raka, chorób autoimmunologicznych i cukrzycy. Zrozumienie mechanizmów transmisji sygnałów w komórkach może doprowadzić do opracowania metod leczenia chorób, a nawet do stworzenia sztucznych tkanek.

Tradycyjnie badania biologiczne koncentrowały się na badaniu poszczególnych części systemu transdukcji sygnału. Znajomość elementów składowych systemów sygnalizacji pomaga zrozumieć ogólną strukturę systemów sygnalizacji komórkowej oraz wpływ zmian w nich na transmisję i wyciek informacji. Systemy transdukcji sygnałów w komórce są złożonymi kompleksami zorganizowanymi i mają takie cechy, jak ultraczułość i bistabilność (zdolność do przebywania w jednym z dwóch istniejących stanów). Analiza systemów transdukcji sygnału w komórce obejmuje połączenie badań eksperymentalnych i teoretycznych, które obejmują opracowanie i analizę modeli i symulatorów.

Streszczenie. W niniejszym rozdziale omówiono główne wzorce i problemy biologii molekularnej na przykładzie zjawiska zaprogramowanej śmierci komórki (apoptozy), oddziaływań międzykomórkowych i wewnątrzkomórkowych, wykorzystania molekularnych markerów genetycznych (na przykładzie reakcji łańcuchowej polimerazy) do podstawowych i stosowanych cele.

Zadania kontrolne

Pochodzenie i ewolucja apoptozy w różnych grupach organizmów.

Charakterystyka i główne sposoby indukcji głównych faz apoptozy.

Podstawowe mechanizmy regulacji apoptozy.

Patologie spowodowane naruszeniem procesu apoptozy.

Główne typy molekularnych markerów genetycznych.

Historia odkrycia, metoda reakcji łańcuchowej polimerazy.

Cechy prowadzenia i stosowania głównych rodzajów PCR.

Znaczenie transdukcji sygnału w interakcjach międzykomórkowych i wewnątrzkomórkowych.

Mechanizmy aktywacji białek receptorowych.

Mechanizmy transmisji sygnału podczas interakcji międzykomórkowych.

Odpowiedź komórki docelowej na działanie hormonu kształtuje się poprzez wytworzenie kompleksu receptora hormonalnego (GH), co prowadzi do aktywacji samego receptora, inicjując odpowiedź komórkową. Hormon adrenalina podczas interakcji z receptorem otwiera kanały błonowe, a Na + - wejściowy prąd jonowy określa funkcję komórki. Jednak większość hormonów nie otwiera ani nie zamyka kanałów błonowych samodzielnie, ale w interakcji z białkiem G.

Mechanizm działania hormonów na komórki docelowe jest związany z ich budową chemiczną:

■ hormony rozpuszczalne w wodzie – białka i polipeptydy, a także pochodne aminokwasów – katecholaminy, oddziałują z receptorami błony komórki docelowej, tworząc kompleks „hormon-receptor” (HR). Pojawienie się tego kompleksu prowadzi do powstania przekaźnika wtórnego lub wewnątrzkomórkowego (przekaźnika), z którym związane są zmiany funkcji komórki. Liczba receptorów na powierzchni błony komórkowej komórki docelowej wynosi około 104-105;

■ hormony rozpuszczalne w tłuszczach – steroidowe – przechodzą przez błonę komórki docelowej i oddziałują z receptorami osocza, których liczba waha się od 3000 do 104, tworząc kompleks GH, który następnie wnika do błony jądrowej. Hormony steroidowe oraz pochodne aminokwasu tyrozyny – tyroksyna i trijodotyronina – przenikają przez błonę jądrową i oddziałują z receptorami jądrowymi połączonymi z jednym lub większą liczbą chromosomów, powodując zmiany w syntezie białek w komórce docelowej.

Według współczesnych koncepcji działanie hormonów polega na pobudzaniu lub hamowaniu katalitycznej funkcji niektórych enzymów w komórkach docelowych. Efekt ten można osiągnąć na dwa sposoby:

■ oddziaływanie hormonu z receptorami na powierzchni błony komórkowej i uruchomienie łańcucha przemian biochemicznych w błonie i cytoplazmie;

■ przenikanie hormonu przez błonę i wiązanie się z receptorami cytoplazmatycznymi, po czym kompleks hormon-receptor wnika do jądra i organelli komórkowych, gdzie realizuje swoje działanie regulacyjne poprzez syntezę nowych enzymów.

Pierwsza ścieżka prowadzi do aktywacji enzymów błonowych i powstania wtórnych przekaźników. Obecnie znane są cztery systemy wtórnych posłańców:

■ cyklaza adenylanowa - cAMP;

■ cyklaza guanylanowa - cGMP;

■ fosfolipaza – trójfosforan inozytolu;

■ kalmodulina - zjonizowany Ca 2+.

Drugim sposobem oddziaływania na komórki docelowe jest kompleksowanie hormonu z receptorami zawartymi w jądrze komórkowym, co prowadzi do aktywacji lub zahamowania jego aparatu genetycznego.

Receptory błonowe i wtórni posłańcy (posłańcy)

Hormony, wiążąc się z receptorami błonowymi komórki docelowej, tworzą kompleks „hormon – receptor” GH (krok 1) (ryc. 6.3). Zmiany konformacyjne w receptorze aktywują stymulujące białko G (zintegrowane z receptorem), które jest kompleksem trzech podjednostek (α-, β-, γ-) i difosforanu guanozyny (GDP). wymiana

TABELA 6.11. Krótki opis hormonów

Gdzie produkowane są hormony		Nazwa hormonu		skrót	Wpływ na komórki docelowe
podwzgórze		Hormon uwalniający tyreotropinę			Stymuluje produkcję tyreotropiny przez przysadkę gruczołową
podwzgórze		Hormon uwalniający kortykotropinę			Stymuluje produkcję ACTH przez przysadkę mózgową
podwzgórze		Hormon uwalniający gonadotropiny			Stymuluje produkcję hormonów luteinizujących (LH) i folikulotropowych (FSP) przez przysadkę mózgową
podwzgórze		czynnik uwalniający hormon wzrostu			Stymuluje produkcję hormonu wzrostu przez przysadkę mózgową
podwzgórze		somatostatyna			Hamuje produkcję hormonu wzrostu przez przysadkę mózgową
podwzgórze		Czynnik hamujący prolaktynę (dopamina)			Hamuje produkcję prolaktyny przez przysadkę gruczołową
podwzgórze		czynnik stymulujący prolaktynę			Stymuluje produkcję prolaktyny przez przysadkę gruczołową
podwzgórze		oksytocyna			Stymuluje wydzielanie mleka, skurcze macicy
podwzgórze		Wazopresyna - hormon antydiuretyczny			Stymuluje resorpcję wody w dystalnym nefronie
Przednia przysadka mózgowa		TSH, czyli hormon stymulujący tarczycę		TSH aboTSG	Stymuluje syntezę i wydzielanie tyroksyny, trójjodotyroniny przez tarczycę
Przednia przysadka mózgowa					Stymuluje wydzielanie glukokortykoidów (kortyzolu) przez korę nadnerczy
Przednia przysadka mózgowa		hormon folikulotropowy			Stymuluje wzrost pęcherzyków i jajnikowe wydzielanie estrogenów
Przednia przysadka mózgowa		hormon luteinizujący			Stymuluje owulację, powstawanie ciałka żółtego, a także syntezę estrogenu i progesteronu przez jajniki
Przednia przysadka mózgowa		Hormon wzrostu lub hormon wzrostu			Stymuluje syntezę białek i ogólny wzrost
Przednia przysadka mózgowa		prolaktyna			Stymuluje produkcję i wydzielanie mleka
Przednia przysadka mózgowa		β-lipotropina
Pośredni przysadka mózgowa		Melznotropina			Stymuluje syntezę melaniny u ryb, płazów, gadów (u ludzi stymuluje wzrost kośćca (kostnienie kości), zwiększa intensywność metabolizmu, produkcję ciepła, zwiększa wykorzystanie białek, tłuszczów, węglowodanów przez komórki, stymuluje kształtowanie się funkcji psychicznych po urodzeniu dziecka
tarczyca		L-tyroksyna
		trijodotyronina
Kora nadnerczy (strefa siatkowata)		hormony płciowe			Stymuluje produkcję dihydrogepiandrosteronu i androstendionu
Kora nadnerczy (strefa pęczkowa)		Glikokortykosteroidy (kortyzol)			Stymuluje glukoneogenezę, działa przeciwzapalnie, hamuje układ odpornościowy
Kora nadnerczy (strefa kłębuszkowa)		aldosteron			Zwiększa resorpcję zwrotną jonów Na+, wydzielanie jonów K+ w kanalikach nefronu
mózgowy substancja nadnercza		Adrenalina, norepinefryna			Aktywacja receptorów alfa, beta-adrenergicznych
		estrogeny			Wzrost i rozwój żeńskich narządów płciowych, faza proliferacyjna cyklu miesiączkowego
		progesteron			Faza wydzielnicza cyklu menstruacyjnego
		testosteron			Spermatogeneza, drugorzędowe cechy płciowe męskie
Para tarczycy		hormon parat (hormon przytarczyc)			Zwiększa stężenie jonów Ca 2+ we krwi (demineralizacja kości)
Tarczyca (komórki C)	kalcytonina					Zmniejsza stężenie jonów Ca2+ we krwi
Aktywacja w nerkach	1,25-dihydroksycholekalcyferol (kalcytriol)					Zwiększa wchłanianie jelitowe jonów Ca 2+
Trzustka - komórki beta						Zmniejsza stężenie glukozy we krwi
Trzustka - komórki alfa	glukagon					Zwiększa stężenie glukozy we krwi
łożysko	ludzka gonadotropina kosmówkowa					Zwiększa syntezę estrogenu i progesteronu
łożysko	ludzki laktogen łożyskowy					Działa jak hormon wzrostu i prolaktyna podczas ciąży

RYŻ. 6.3. Schemat mechanizmu działania hormonu z tworzeniem wtórnego przekaźnika wewnątrzkomórkowego cAMP. GDP - difosforan guaniny, GTP - trifosforan guaniny

GDP do trifosforanu guanozyny GTP (etap 2) prowadzi do oderwania podjednostki α, która natychmiast oddziałuje z innymi białkami sygnałowymi, zmieniając aktywność kanałów jonowych czy enzymów komórkowych – cyklazy adenylanowej lub fosfolipazy C – i funkcji komórki.

Działanie hormonów na komórki docelowe z tworzeniem drugiego przekaźnika cAMP

Aktywowany enzym błonowy cyklaza adenylanowa przekształca ATP w drugi przekaźnik - cykliczny monofosforan adenozyny cAMP (etap 3) (patrz ryc. 6.3), który z kolei aktywuje enzym kinazę białkową A (etap 4), co prowadzi do fosforylacji określonych białek (etap 5), czego konsekwencją jest zmiana funkcji fizjologicznych (etap 6), np. tworzenie nowych kanałów błonowych dla jonów wapnia, co prowadzi do zwiększenia siły skurczów serca.

Drugi przekaźnik cAMP jest rozkładany przez enzym fosfodiesterazę do nieaktywnej postaci 5'-AMP.

Niektóre hormony (natriuretyczne) oddziałują z hamującymi białkami G, co prowadzi do zmniejszenia aktywności enzymów błonowych cyklazy adenylanowej, zmniejszenia funkcji komórek.

Działanie hormonów na komórki docelowe z tworzeniem przekaźników wtórnych – diacyloglicerolu i 3-fosforanu inozytolu

Hormon tworzy kompleks z receptorem błonowym OS (etap 1) (ryc. 6.4) i poprzez białko G (etap 2) aktywuje fosfolipazę C przyczepioną do wewnętrznej powierzchni receptora (etap 3).

Pod wpływem fosfolipazy C, która hydrolizuje fosfolipidy błonowe (dwufosforan fosfatydyloinozytolu), powstają dwa wtórne przekaźniki - diacyloglicerol (DG) i inozytolo-3-fosforan (IP3) (etap 4).

Drugi przekaźnik IP3 mobilizuje uwalnianie jonów Ca 2+ z mitochondriów i retikulum endoplazmatycznego (etap 5), które zachowują się jak przekaźniki wtórne. Jony Ca2+ wraz z DG (wtórny przekaźnik lipidowy) aktywują enzym kinazę białkową C (etap 6), który fosforyluje białka i powoduje zmianę funkcji fizjologicznych komórki docelowej.

Działanie hormonów za pomocą układów „wapń – kalmodulina”, który działa jako pośrednik wtórny. Kiedy wapń dostaje się do komórki, wiąże się z kalmoduliną i aktywuje ją. Aktywowana kalmodulina z kolei zwiększa aktywność kinazy białkowej, co prowadzi do fosforylacji białek, zmian w funkcjach komórki.

Działanie hormonów na aparat genetyczny komórki

Rozpuszczalne w tłuszczach hormony steroidowe przechodzą przez błonę komórki docelowej (etap 1) (ryc. 6.5), gdzie wiążą się z cytoplazmatycznymi białkami receptorowymi. Utworzony kompleks GR (etap 2) dyfunduje do jądra i wiąże się z określonymi regionami chromosomalnego DNA (etap 3), aktywując proces transkrypcji poprzez generowanie mRNA (etap 4). mRNA przenosi matrycę do cytoplazmy, gdzie zapewnia procesy translacji na rybosomach (etap 5), syntezę nowych białek (etap 6), co prowadzi do zmiany funkcji fizjologicznych.

Rozpuszczalne w tłuszczach hormony tarczycy – tyroksyna i trijodotyronina – wnikają do jądra, gdzie wiążą się z białkiem receptorowym, czyli białkiem znajdującym się na chromosomach DNA. Receptory te kontrolują funkcję zarówno promotorów, jak i operatorów genów.

Hormony aktywują mechanizmy genetyczne znajdujące się w jądrze, dzięki czemu powstaje ponad 100 rodzajów białek komórkowych. Wiele z nich to enzymy, które zwiększają aktywność metaboliczną komórek ciała. Po jednej reakcji z receptorami wewnątrzkomórkowymi hormony tarczycy kontrolują ekspresję genów przez kilka tygodni.

Wtórnymi mediatorami działania hormonów są:

1. Cyklaza adenylanowa i cykliczny AMP,

2. Cyklaza guanylanowa i cykliczny GMF,

3. Fosfolipaza C:

diacyloglicerol (DAG),

trifosforan inozytolu (IF3),

4. Zjonizowany Ca - kalmodulina

Białko heterotroficzne Białko G.

Białko to tworzy pętle w błonie i ma 7 segmentów. Porównuje się je do wężowych wstążek. Ma wystającą (zewnętrzną) i wewnętrzną część. Hormon jest przyłączony do zewnętrznej części, a na wewnętrznej powierzchni znajdują się 3 podjednostki - alfa, beta i gamma. W stanie nieaktywnym białko to ma difosforan guanozyny. Ale po aktywacji difosforan guanozyny zmienia się w trifosforan guanozyny. Zmiana aktywności białka G prowadzi albo do zmiany przepuszczalności jonowej błony, albo do aktywacji układu enzymatycznego (cyklaza adenylanowa, cyklaza guanylanowa, fosfolipaza C) w komórce. Powoduje to powstawanie specyficznych białek, aktywuje się kinaza białkowa (niezbędna do procesów fosforylacji).

Białka G mogą być aktywujące (Gs) i hamujące, czyli innymi słowy hamujące (Gi).

Zniszczenie cyklicznego AMP następuje pod działaniem enzymu fosfodiesterazy. Cykliczny HMF ma odwrotny skutek. Kiedy fosfolipaza C jest aktywowana, powstają substancje, które przyczyniają się do gromadzenia zjonizowanego wapnia wewnątrz komórki. Wapń aktywuje kinazy białkowe, sprzyja skurczowi mięśni. Diacyloglicerol sprzyja przemianie fosfolipidów błonowych do kwasu arachidonowego, który jest źródłem powstawania prostaglandyn i leukotrienów.

Kompleks receptorów hormonalnych wnika do jądra i oddziałuje na DNA, co zmienia procesy transkrypcji i powstaje mRNA, który opuszcza jądro i trafia do rybosomów.

Dlatego hormony mogą zapewnić:

1. Akcja kinetyczna lub startowa,

2. Działanie metaboliczne,

3. Działanie morfogenetyczne (różnicowanie tkanek, wzrost, metamorfoza),

4. Działania korygujące (korygujące, adaptacyjne).

Mechanizmy działania hormonów w komórkach:

Zmiany przepuszczalności błon komórkowych,

Aktywacja lub hamowanie układów enzymatycznych,

Wpływ na informację genetyczną.

Regulacja opiera się na ścisłym współdziałaniu układu hormonalnego i nerwowego. Procesy pobudzenia w układzie nerwowym mogą aktywować lub hamować aktywność gruczołów dokrewnych. (Rozważmy na przykład proces owulacji u królika. Owulacja u królika następuje dopiero po akcie krycia, który stymuluje uwalnianie hormonu gonadotropowego z przysadki mózgowej. Ten ostatni powoduje proces owulacji).

Po przeniesieniu urazu psychicznego może wystąpić tyreotoksykoza. Układ nerwowy kontroluje wydzielanie hormonów przysadki mózgowej (neurohormonów), a przysadka mózgowa wpływa na aktywność innych gruczołów.

Istnieją mechanizmy sprzężenia zwrotnego. Nagromadzenie hormonu w organizmie prowadzi do zahamowania produkcji tego hormonu przez odpowiedni gruczoł, a niedobór będzie mechanizmem stymulującym powstawanie hormonu.

Istnieje mechanizm samoregulacji. (Na przykład poziom glukozy we krwi determinuje produkcję insuliny i/lub glukagonu; jeśli poziom cukru wzrasta, produkowana jest insulina, a jeśli spada, produkowany jest glukagon. Brak Na stymuluje produkcję aldosteronu.)

5. Układ podwzgórzowo-przysadkowy. jego organizację funkcjonalną. Komórki neurosekrecyjne podwzgórza. Charakterystyka hormonów tropowych i uwalniających (liberyny, statyny). Epifiza (szyszynka).

6. Przysadka gruczołowa, jej połączenie z podwzgórzem. Charakter działania hormonów przedniego płata przysadki mózgowej. Hipo- i hipersekrecja hormonów gruczołowych przysadki. Związane z wiekiem zmiany w tworzeniu hormonów przedniego płata.

Komórki przysadki mózgowej (zobacz ich budowę i skład w badaniu histologicznym) wytwarzają następujące hormony: somatotropinę (hormon wzrostu), prolaktynę, tyreotropinę (hormon tyreotropowy), hormon folikulotropowy, hormon luteinizujący, kortykotropinę (ACTH), melanotropina, beta-endorfina, peptyd diabetogenny, czynnik wytrzeszczu oka i hormon wzrostu jajników. Rozważmy bardziej szczegółowo skutki niektórych z nich.

Kortykotropina . (hormon adrenokortykotropowy – ACTH) jest wydzielany przez przysadkę mózgową w stale pulsujących impulsach, które mają wyraźny rytm dobowy. Wydzielanie kortykotropiny jest regulowane przez bezpośrednie i sprzężenie zwrotne. Bezpośredni związek reprezentuje podwzgórzowy peptyd - kortykoliberyna, który wzmaga syntezę i wydzielanie kortykotropiny. Sprzężenia zwrotne wyzwalane są przez poziom kortyzolu (hormonu kory nadnerczy) we krwi i zamykają się zarówno na poziomie podwzgórza, jak i przysadki mózgowej, a wzrost stężenia kortyzolu hamuje wydzielanie kortykoliberyny i kortykotropiny.

Kortykotropina ma dwa rodzaje działania - nadnerczowe i pozanadnerczowe. Działanie nadnerczy jest główne i polega na stymulacji wydzielania glukokortykoidów, w znacznie mniejszym stopniu mineralokortykoidów i androgenów. Hormon nasila syntezę hormonów w korze nadnerczy - steroidogenezę i syntezę białek, prowadząc do przerostu i hiperplazji kory nadnerczy. Działanie pozanadnerczowe polega na lipolizie tkanki tłuszczowej, zwiększonym wydzielaniu insuliny, hipoglikemii, zwiększonym odkładaniu się melaniny z przebarwieniami.

Nadmiarowi kortykotropiny towarzyszy rozwój hiperkortyzolizmu z dominującym wzrostem wydzielania kortyzolu i nazywa się to chorobą Itsenko-Cushinga. Główne objawy charakterystyczne dla nadmiaru glikokortykosteroidów to: otyłość i inne zmiany metaboliczne, spadek skuteczności mechanizmów odpornościowych, rozwój nadciśnienia tętniczego i możliwość wystąpienia cukrzycy. Niedobór kortykotropiny powoduje niewydolność funkcji glukokortykoidów nadnerczy z wyraźnymi zmianami metabolicznymi, a także zmniejszeniem odporności organizmu na niekorzystne warunki środowiskowe.

Somatotropina. . Hormon wzrostu ma szeroki zakres efektów metabolicznych, które zapewniają efekt morfogenetyczny. Hormon wpływa na metabolizm białek, wzmagając procesy anaboliczne. Pobudza wnikanie aminokwasów do komórek, syntezę białek poprzez przyspieszenie translacji i aktywację syntezy RNA, nasila podziały komórkowe i wzrost tkanek oraz hamuje enzymy proteolityczne. Stymuluje wbudowywanie siarczanu do chrząstki, tymidyny do DNA, proliny do kolagenu, urydyny do RNA. Hormon powoduje dodatni bilans azotowy. Stymuluje wzrost chrząstki nasadowej i zastąpienie jej przez tkankę kostną poprzez aktywację fosfatazy alkalicznej.

Wpływ na metabolizm węglowodanów jest dwojaki. Z jednej strony somatotropina zwiększa produkcję insuliny, zarówno poprzez bezpośredni wpływ na komórki beta, jak i wywołaną przez hormony hiperglikemię spowodowaną rozpadem glikogenu w wątrobie i mięśniach. Somatotropina aktywuje insulinazę wątrobową, enzym rozkładający insulinę. Z drugiej strony somatotropina działa przeciwwyspowo, hamując wykorzystanie glukozy w tkankach. Ta kombinacja efektów, jeśli jest predysponowana w warunkach nadmiernego wydzielania, może powodować cukrzycę, zwaną pochodzenia przysadkowego.

Wpływ na metabolizm tłuszczów ma na celu pobudzenie lipolizy tkanki tłuszczowej oraz lipolityczne działanie katecholamin, zwiększenie poziomu wolnych kwasów tłuszczowych we krwi; z powodu ich nadmiernego spożycia w wątrobie i utleniania nasila się tworzenie ciał ketonowych. Te działania somatotropiny są również klasyfikowane jako cukrzycowe.

Jeśli nadmiar hormonu występuje we wczesnym wieku, powstaje gigantyzm z proporcjonalnym rozwojem kończyn i tułowia. Nadmiar hormonu w okresie dojrzewania i dorosłości powoduje wzrost wzrostu nasad kości szkieletu, stref o niepełnym kostnieniu, co nazywa się akromegalią. . Wzrost wielkości i narządów wewnętrznych - splanhomegaly.

Przy wrodzonym niedoborze hormonu powstaje karłowatość, zwana „nanizmem przysadki”. Po opublikowaniu powieści J. Swifta o Guliwerze takich ludzi nazywa się potocznie liliputami. W innych przypadkach nabyty niedobór hormonów powoduje łagodne zahamowanie wzrostu.

Prolaktyna . Wydzielanie prolaktyny jest regulowane przez peptydy podwzgórza – inhibitor prolaktynostatynę i stymulator prolaktoliberynę. Produkcja neuropeptydów podwzgórza podlega kontroli dopaminergicznej. Poziom estrogenów i glikokortykosteroidów we krwi wpływa na ilość wydzielanej prolaktyny.

i hormony tarczycy.

Prolaktyna specyficznie stymuluje rozwój gruczołu sutkowego i laktację, ale nie jego wydzielanie, które jest stymulowane przez oksytocynę.

Oprócz gruczołów sutkowych prolaktyna wpływa na gruczoły płciowe, pomagając w utrzymaniu aktywności wydzielniczej ciałka żółtego i tworzeniu progesteronu. Prolaktyna jest regulatorem gospodarki wodno-solnej, zmniejsza wydalanie wody i elektrolitów, nasila działanie wazopresyny i aldosteronu, stymuluje wzrost narządów wewnętrznych, erytropoezę, sprzyja manifestacji macierzyństwa. Oprócz nasilenia syntezy białek, zwiększa powstawanie tłuszczu z węglowodanów, przyczyniając się do otyłości poporodowej.

Melanotropina . . Powstaje w komórkach płata pośredniego przysadki mózgowej. Produkcja melanotropiny jest regulowana przez melanoliberynę podwzgórza. Głównym działaniem hormonu jest działanie na melanocyty skóry, gdzie powoduje obniżenie pigmentu w wyrostkach, wzrost ilości wolnego pigmentu w naskórku otaczającym melanocyty oraz wzrost syntezy melaniny. Zwiększa pigmentację skóry i włosów.

Neurohypophysis, jej połączenie z podwzgórzem. Wpływ hormonów tylnego płata przysadki (oksygocyna, ADH). Rola ADH w regulacji objętości płynów w organizmie. Cukrzyca bez cukru.

wazopresyna . . Powstaje w komórkach jąder nadwzrokowych i przykomorowych podwzgórza i gromadzi się w przysadce mózgowej. Główne bodźce regulujące syntezę wazopresyny w podwzgórzu i jej wydzielanie do krwi przez przysadkę mózgową można ogólnie nazwać osmotycznymi. Reprezentują je: a) wzrost ciśnienia osmotycznego osocza krwi i pobudzenie osmoreceptorów naczyń krwionośnych i neuronów-osmoreceptorów podwzgórza; b) wzrost zawartości sodu we krwi i pobudzenie neuronów podwzgórza pełniących funkcję receptorów sodowych; c) zmniejszenie centralnej objętości krążącej krwi i ciśnienia tętniczego, odczuwane przez wolomoreceptory serca i mechanoreceptory naczyń;

d) stres emocjonalny i bolesny oraz aktywność fizyczna; e) aktywacja układu renina-angiotensyna i stymulujący wpływ angiotensyny na neurony neurosekrecyjne.

Działanie wazopresyny realizowane jest poprzez wiązanie hormonu w tkankach z dwoma typami receptorów. Wiązanie się z receptorami typu Y1, głównie zlokalizowanymi w ścianie naczyń krwionośnych, poprzez wtórnych przekaźników trifosforan inozytolu i wapń powoduje skurcz naczyń, od czego bierze się nazwa hormonu – „wazopresyna”. Wiązanie się z receptorami typu Y2 w nefronie dystalnym poprzez drugi przekaźnik przekaźnikowy cAMP zapewnia zwiększenie przepuszczalności przewodów zbiorczych nefronu dla wody, jej resorpcji zwrotnej oraz stężenia w moczu, co odpowiada drugiej nazwie wazopresyny – „hormon antydiuretyczny, ADH”.

Oprócz działania na nerki i naczynia krwionośne wazopresyna jest jednym z ważnych neuropeptydów mózgowych biorących udział w powstawaniu pragnienia i zachowań związanych z piciem, mechanizmach pamięci i regulacji wydzielania hormonów przysadki mózgowej.

Brak lub nawet całkowity brak wydzielania wazopresyny objawia się gwałtownym wzrostem diurezy z uwolnieniem dużej ilości hipotonicznego moczu. Ten syndrom nazywa się moczówka prosta", może być wrodzony lub nabyty. Objawia się zespół nadmiaru wazopresyny (zespół Parchona)

w nadmiernym zatrzymywaniu płynów w organizmie.

Oksytocyna . Synteza oksytocyny w jądrach przykomorowych podwzgórza i jej uwalnianie do krwi z neuroprzysadki jest stymulowane drogą odruchową po stymulacji receptorów rozciągania szyjki macicy i receptorów gruczołu sutkowego. Estrogeny zwiększają wydzielanie oksytocyny.

Oksytocyna powoduje następujące efekty: a) pobudza skurcze mięśni gładkich macicy, przyczyniając się do porodu; b) powoduje skurcz komórek mięśni gładkich przewodów wydalniczych gruczołu piersiowego w okresie laktacji, zapewniając uwolnienie mleka; c) w określonych warunkach działa moczopędnie i natriuretycznie; d) uczestniczy w organizowaniu zachowań związanych z piciem i jedzeniem; e) jest dodatkowym czynnikiem regulującym wydzielanie hormonów gruczołu przysadkowego.

Krótki opis:

Materiały dydaktyczne z biochemii i biologii molekularnej: Budowa i funkcje błon biologicznych.

MODUŁ 4: BUDOWA I FUNKCJE BŁON BIOLOGICZNYCH

_Motywy _

4.1. Ogólna charakterystyka membran. Budowa i skład błon

4.2. Transport substancji przez błony

4.3. Sygnalizacja przezbłonowa _

Cele nauczania Aby móc:

1. Zinterpretować rolę błon w regulacji metabolizmu, transporcie substancji do wnętrza komórki i usuwaniu metabolitów.

2. Wyjaśnij molekularne mechanizmy działania hormonów i innych cząsteczek sygnałowych na narządy docelowe.

Wiedzieć:

1. Budowa błon biologicznych i ich rola w metabolizmie i energii.

2. Główne sposoby przenoszenia substancji przez membrany.

3. Główne składowe i etapy transbłonowej sygnalizacji hormonów, mediatorów, cytokin, eikozanoidów.

TEMAT 4.1. OGÓLNA CHARAKTERYSTYKA MEMBRAN.

STRUKTURA I SKŁAD MEMBRAN

Wszystkie komórki i organelle wewnątrzkomórkowe otoczone są błonami, które odgrywają ważną rolę w ich organizacji strukturalnej i funkcjonowaniu. Podstawowe zasady budowy wszystkich membran są takie same. Jednak błona plazmatyczna, a także błony retikulum endoplazmatycznego, aparatu Golgiego, mitochondriów i jądra, mają znaczące cechy strukturalne, są unikalne pod względem składu i charakteru swoich funkcji.

Membrana:

Oddziel komórki od otoczenia i podziel je na przedziały (przedziały);

Regulują transport substancji do komórek i organelli i odwrotnie;

Podaj specyficzność kontaktów międzykomórkowych;

Odbierają sygnały z otoczenia.

Skoordynowane funkcjonowanie systemów błonowych, w tym receptorów, enzymów, systemów transportowych, pomaga w utrzymaniu homeostazy komórkowej i szybkiej reakcji na zmiany stanu środowiska zewnętrznego poprzez regulację metabolizmu w komórkach.

Błony biologiczne składają się z lipidów i białek połączonych ze sobą za pomocą niekowalencyjne interakcje. Podstawą membrany jest podwójną warstwę lipidową który obejmuje cząsteczki białka (ryc. 4.1). Dwuwarstwę lipidową tworzą dwa rzędy amfifilowy cząsteczki, których hydrofobowe „ogony” są ukryte w środku, a grupy hydrofilowe – polarne „główki” są skierowane na zewnątrz i stykają się ze środowiskiem wodnym.

1. Lipidy błonowe. Lipidy błonowe zawierają zarówno nasycone, jak i nienasycone kwasy tłuszczowe. Nienasycone kwasy tłuszczowe występują dwa razy częściej niż nasycone kwasy tłuszczowe, co decyduje płynność błony i labilność konformacyjna białek błonowych.

Istnieją trzy główne rodzaje lipidów w błonach - fosfolipidy, glikolipidy i cholesterol (ryc. 4.2 - 4.4). Najczęściej spotykane Glicerofosfolipidy są pochodnymi kwasu fosfatydowego.

Ryż. 4.1. Przekrój błony komórkowej

Ryż. 4.2. Glicerofosfolipidy.

Kwas fosfatydowy to fosforan diacyloglicerolu. R 1 , R 2 - rodniki kwasów tłuszczowych (hydrofobowe „ogony”). Reszta wielonienasyconego kwasu tłuszczowego jest połączona z drugim atomem węgla glicerolu. Polarna „głowa” to reszta kwasu fosforowego i przyłączona do niej hydrofilowa grupa seryny, choliny, etanoloaminy lub inozytolu

Istnieją również lipidy - pochodne aminoalkohol sfingozyna.

Aminoalkohol sfingozyna po acylowaniu, tj. przyłączenie kwasu tłuszczowego do grupy NH 2 zamienia się w ceramid. Ceramidy wyróżniają się resztą kwasu tłuszczowego. Z grupą OH ceramidu mogą być związane różne grupy polarne. W zależności od budowy polarnej „główki” pochodne te dzielą się na dwie grupy – fosfolipidy i glikolipidy. Struktura polarnej grupy sfingofosfolipidów (sfingomieliny) jest podobna do glicerofosfolipidów. Wiele sfingomielin znajduje się w osłonkach mielinowych włókien nerwowych. Glikolipidy to węglowodanowe pochodne ceramidu. W zależności od budowy składnika węglowodanowego wyróżnia się cerebrozydy i gangliozydy.

cholesterol występujący w błonach wszystkich komórek zwierzęcych, usztywnia błony i je zmniejsza płynność(płynność). Cząsteczka cholesterolu znajduje się w strefie hydrofobowej błony równolegle do hydrofobowych „ogonów” cząsteczek fosfo- i glikolipidu. Grupa hydroksylowa cholesterolu, a także hydrofilowe „głowy” fosfo- i glikolipidów,

Ryż. 4.3. Pochodne aminoalkoholu sfingozyny.

Ceramid – acylowana sfingozyna (R 1 – rodnik kwasu tłuszczowego). Fosfolipidy obejmują sfingomieliny, w których grupa polarna składa się z reszty kwasu fosforowego i choliny, etanoloaminy lub seryny. Grupa hydrofilowa (polarna „głowa”) glikolipidów jest resztą węglowodanową. Cerebrozydy zawierają liniowe reszty mono- lub oligosacharydowe. W skład gangliozydów wchodzi rozgałęziony oligosacharyd, którego jedną z jednostek monomerycznych jest NANK – kwas N-acetyloneuraminowy

skierowany w stronę fazy wodnej. Stosunek molowy cholesterolu i innych lipidów w błonach wynosi 0,3-0,9. Ta wartość ma najwyższą wartość dla błony cytoplazmatycznej.

Wzrost zawartości cholesterolu w błonach zmniejsza ruchliwość łańcuchów kwasów tłuszczowych, co wpływa na labilność konformacyjną białek błonowych i zmniejsza możliwość ich dyfuzja boczna. Wraz ze wzrostem płynności błon spowodowanym działaniem na nie substancji lipofilowych lub peroksydacją lipidów wzrasta udział cholesterolu w błonach.

Ryż. 4.4. Pozycja w błonie fosfolipidów i cholesterolu.

Cząsteczka cholesterolu składa się ze sztywnego hydrofobowego rdzenia i elastycznego łańcucha węglowodorowego. Polarna „głowa” to grupa OH na trzecim atomie węgla cząsteczki cholesterolu. Dla porównania, rysunek przedstawia schematyczne przedstawienie fosfolipidu błonowego. Głowa polarna tych cząsteczek jest znacznie większa i ma ładunek

Skład lipidów błon jest inny, zawartość jednego lub drugiego lipidu najwyraźniej zależy od różnorodności funkcji, jakie te cząsteczki pełnią w błonach.

Główne funkcje lipidów błonowych to:

Tworzą dwuwarstwę lipidową - strukturalną podstawę błon;

Zapewniają środowisko niezbędne do funkcjonowania białek błonowych;

Uczestniczyć w regulacji aktywności enzymów;

Służyć jako „kotwica” dla białek powierzchniowych;

Uczestniczą w przekazywaniu sygnałów hormonalnych.

Zmiany w strukturze dwuwarstwy lipidowej mogą prowadzić do zakłócenia funkcji błony.

2. Białka błonowe. Białka błonowe różnią się pozycją w błonie (ryc. 4.5). Białka błonowe stykające się z regionem hydrofobowym dwuwarstwy lipidowej muszą być amfifilowe, tj. mieć domenę niepolarną. Amfifilowość uzyskuje się dzięki temu, że:

Reszty aminokwasowe w kontakcie z dwuwarstwą lipidową są w większości niepolarne;

Wiele białek błonowych jest połączonych kowalencyjnie z resztami kwasów tłuszczowych (acylowanych).

Reszty acylowe kwasów tłuszczowych przyłączone do białka zapewniają jego „zakotwiczenie” w błonie i możliwość bocznej dyfuzji. Ponadto białka błonowe podlegają modyfikacjom potranslacyjnym, takim jak glikozylacja i fosforylacja. Glikozylacja zewnętrznej powierzchni białek integralnych chroni je przed uszkodzeniem przez proteazy przestrzeni międzykomórkowej.

Ryż. 4.5. Białka błonowe:

1, 2 - białka integralne (transbłonowe); 3, 4, 5, 6 - białka powierzchniowe. W białkach integralnych część łańcucha polipeptydowego jest osadzona w warstwie lipidowej. Te części białka, które oddziałują z łańcuchami węglowodorowymi kwasów tłuszczowych, zawierają głównie aminokwasy niepolarne. Regiony białka znajdujące się w rejonie polarnych „główek” są wzbogacone w hydrofilowe reszty aminokwasowe. Białka powierzchniowe są przyłączane do błony na różne sposoby: 3 - związane z białkami integralnymi; 4 - przyczepione do polarnych „głow” warstwy lipidowej; 5 - „zakotwiczony” w błonie z krótką hydrofobową domeną końcową; 6 - „zakotwiczony” w błonie za pomocą kowalencyjnie związanej reszty acylowej

Zewnętrzne i wewnętrzne warstwy tej samej błony różnią się składem lipidów i białek. Ta cecha w strukturze membran nazywa się asymetria transbłonowa.

Białka błonowe mogą brać udział w:

Selektywny transport substancji do iz komórki;

Przekazywanie sygnałów hormonalnych;

Tworzenie „dziur granicznych” zaangażowanych w endocytozę i egzocytozę;

Reakcje immunologiczne;

Jako enzymy w przemianach substancji;

Organizacja kontaktów międzykomórkowych, które zapewniają tworzenie tkanek i narządów.

TEMAT 4.2. TRANSPORT SUBSTANCJI PRZEZ MEMBRANY

Jedną z głównych funkcji błon jest regulacja transportu substancji do i z komórki, zatrzymywanie substancji potrzebnych komórce oraz usuwanie zbędnych. Transport jonów, cząsteczek organicznych przez membrany może odbywać się wzdłuż gradientu stężeń - transport pasywny i wbrew gradientowi stężeń - transport aktywny.

1. Transport bierny można przeprowadzić w następujący sposób (ryc. 4.6, 4.7):

Ryż. 4.6. Mechanizmy przenoszenia substancji przez błony wzdłuż gradientu stężeń

Transport pasywny jest dyfuzja jonów przez kanały białkowe, na przykład dyfuzja H+, Ca 2+, N+, K+. Funkcjonowanie większości kanałów jest regulowane przez specyficzne ligandy lub zmiany potencjału transbłonowego.

Ryż. 4.7. Kanał Ca2+ błony retikulum endoplazmatycznego regulowany przez inozytolo-1,4,5-trifosforan (IF 3).

IP 3 (1,4,5-trifosforan inozytolu) powstaje podczas hydrolizy lipidu błonowego PIF 2 (4,5-bisfosforanu fosfatydyloinozytolu) pod działaniem enzymu fosfolipazy C. IP 3 wiąże się ze specyficznymi centrami Ca 2 + protomery kanału błonowego retikulum endoplazmatycznego. Zmienia się konformacja białka i otwiera się kanał - Ca 2 + wchodzi do cytosolu komórki wzdłuż gradientu stężeń

2. Transport aktywny. podstawowy aktywny transport odbywa się wbrew gradientowi stężeń z wydatkowaniem energii ATP przy udziale ATPaz transportowych, np. Na +, K + -ATPazy, H + -ATPazy, Ca 2 + -ATPazy (ryc. 4.8). H + -ATPazy działają jak pompy protonowe, które tworzą kwaśne środowisko w lizosomach komórki. Za pomocą Ca 2+ -ATPazy błony cytoplazmatycznej i błony retikulum endoplazmatycznego utrzymuje się niskie stężenie wapnia w cytozolu komórki i tworzy się wewnątrzkomórkowy depot Ca 2+ w mitochondriach i endoplazmie siateczka.

wtórny aktywny transport zachodzi dzięki gradientowi stężeń jednej z transportowanych substancji (ryc. 4.9), którą najczęściej tworzy Na +, K + -ATPaza, która działa przy zużyciu ATP.

Przyłączenie do centrum aktywnego białka nośnikowego substancji o wyższym stężeniu zmienia jej konformację i zwiększa powinowactwo do związku, który przedostaje się do komórki wbrew gradientowi stężeń. Istnieją dwa rodzaje wtórnego transportu aktywnego: aktywny symport I antyport.

Ryż. 4.8. Mechanizm działania Ca 2 + -ATPazy

Ryż. 4.9. wtórny transport aktywny

3. Przenoszenie makrocząsteczek i cząstek z udziałem błon - endocytoza i egzocytoza.

Przeniesienie ze środowiska zewnątrzkomórkowego do komórki makrocząsteczek, takich jak białka, kwasy nukleinowe, polisacharydy, a nawet większe cząsteczki, następuje poprzez endocytoza. Wiązanie substancji lub kompleksów wysokocząsteczkowych zachodzi w pewnych obszarach błony plazmatycznej, które są tzw wyściełane zagłębienia. Endocytoza, która zachodzi przy udziale receptorów wbudowanych w obrzeżone jamki, umożliwia komórkom wchłanianie określonych substancji i nazywana jest endocytoza zależna od receptora.

Makrocząsteczki, takie jak hormony peptydowe, enzymy trawienne, białka macierzy zewnątrzkomórkowej, kompleksy lipoproteinowe, są wydzielane do krwi lub przestrzeni międzykomórkowej przez egzocytoza. Ten sposób transportu umożliwia usuwanie z komórek substancji, które gromadzą się w ziarnistościach wydzielniczych. W większości przypadków egzocytoza jest regulowana poprzez zmianę stężenia jonów wapnia w cytoplazmie komórek.

TEMAT 4.3. SYGNALIZACJA TRANSMEMBRANOWA

Ważną właściwością błon jest zdolność odbierania i przekazywania sygnałów ze środowiska wewnątrz komórki. Percepcja przez komórki sygnałów zewnętrznych zachodzi, gdy wchodzą one w interakcje z receptorami znajdującymi się w błonie komórkowej komórek docelowych. Receptory, przyłączając cząsteczkę sygnałową, aktywują wewnątrzkomórkowe szlaki przekazywania informacji, co prowadzi do zmiany tempa różnych procesów metabolicznych.

1. Cząsteczka sygnałowa, który oddziałuje specyficznie z receptorem błonowym główny posłaniec. Pierwszorzędnymi posłańcami są różne związki chemiczne – hormony, neuroprzekaźniki, eikozanoidy, czynniki wzrostu czy czynniki fizyczne, takie jak kwant światła. Receptory błony komórkowej aktywowane przez przekaźniki pierwotne przekazują otrzymane informacje do tworzącego się systemu białek i enzymów kaskada transmisji sygnału, zapewniając kilkusetkrotne wzmocnienie sygnału. Czas reakcji komórki, polegający na aktywacji lub dezaktywacji procesów metabolicznych, skurczu mięśni, transporcie substancji z komórek docelowych, może wynosić kilka minut.

Membrana receptory podzielony na:

Receptory zawierające podjednostkę, która wiąże główny przekaźnik i kanał jonowy;

Receptory zdolne do wykazywania aktywności katalitycznej;

Receptory, które za pomocą białek G aktywują tworzenie wtórnych (wewnątrzkomórkowych) przekaźników, które przekazują sygnał do określonych białek i enzymów cytozolu (ryc. 4.10).

Drugie przekaźniki mają małą masę cząsteczkową, dyfundują z dużą szybkością w cytozolu komórki, zmieniają aktywność odpowiednich białek, a następnie szybko dzielą się lub są usuwane z cytozolu.

Ryż. 4.10. Receptory zlokalizowane w błonie.

Receptory błonowe można podzielić na trzy grupy. Receptory: 1 - zawierające podjednostkę, która wiąże cząsteczkę sygnałową i kanał jonowy, np. receptor acetylocholiny na błonie postsynaptycznej; 2 - wykazujące aktywność katalityczną po dodaniu cząsteczki sygnałowej, np. receptora insuliny; 3, 4 - przekazywanie sygnału do enzymu cyklazy adenylanowej (AC) lub fosfolipazy C (PLS) przy udziale błonowych białek G, np. różnego typu receptorów dla adrenaliny, acetylocholiny i innych cząsteczek sygnałowych

Rola wtórni posłańcy wykonaj cząsteczki i jony:

CAMP (cykliczny adenozyno-3",5"-monofosforan);

CGMP (cykliczny guanozyno-3",5"-monofosforan);

IP 3 (1,4,5-trifosforan inozytolu);

DAG (diacyloglicerol);

Istnieją hormony (steroidowe i tarczycowe), które przechodząc przez dwuwarstwę lipidową, wejść do komórki i wchodzić w interakcje z receptory wewnątrzkomórkowe. Fizjologicznie ważną różnicą między receptorami błonowymi i wewnątrzkomórkowymi jest szybkość odpowiedzi na nadchodzący sygnał. W pierwszym przypadku efekt będzie szybki i krótkotrwały, w drugim powolny, ale długotrwały.

Receptory sprzężone z białkiem G

Oddziaływanie hormonów z receptorami sprzężonymi z białkiem G prowadzi do aktywacji układu transdukcji sygnału fosforanu inozytolu lub zmiany aktywności układu regulacyjnego cyklazy adenylanowej.

2. Układ cyklazy adenylanowej obejmuje (ryc. 4.11):

- całka białka błony cytoplazmatycznej:

R s - receptor pierwotnego przekaźnika - aktywator układu cyklazy adenylanowej (ACS);

R; - receptor przekaźnika głównego - inhibitor ACS;

Enzym cyklaza adenylanowa (AC).

- „zakotwiczony” białka:

Gs - białko wiążące GTP, składające się z podjednostek α,βγ, w których (podjednostka α jest związana z cząsteczką GDP;

Ryż. 4.11. Funkcjonowanie układu cyklazy adenylanowej

G; - Białko wiążące GTP, składające się z podjednostek αβγ, w których a; -podjednostka jest związana z cząsteczką GDP; - cytozolowy enzym kinaza białkowa A (PKA).

Sekwencja zdarzeń transdukcji sygnału pierwotnego przekaźnika przez układ cyklazy adenylanowej

Receptor ma miejsca wiązania głównego przekaźnika na zewnętrznej powierzchni błony i białka G (α,βγ-GDP) na wewnętrznej powierzchni błony. Oddziaływanie aktywatora układu cyklazy adenylanowej, jakim jest hormon z receptorem (Rs), prowadzi do zmiany konformacji receptora. Zwiększa się powinowactwo receptora do białka G.. Przyłączenie kompleksu hormon-receptor do GS-GDP zmniejsza powinowactwo podjednostki α białka G.. do GDP i zwiększa powinowactwo do GTP. W miejscu aktywnym podjednostki α, GDP zostaje zastąpione przez GTP. Powoduje to zmianę konformacji podjednostki α i zmniejszenie jej powinowactwa do podjednostek βγ. Odłączona podjednostka α,-GTP przemieszcza się poprzecznie w warstwie lipidowej błony do enzymu cyklaza adenylanowa.

Oddziaływanie α,-GTP z centrum regulatorowym cyklazy adenylanowej zmienia konformację enzymu, prowadzi do jego aktywacji i wzrostu szybkości powstawania drugiego przekaźnika – cyklicznego adenozyno-3,5'-monofosforanu (cAMP) z ATP. W komórce wzrasta stężenie cAMP. Cząsteczki cAMP mogą odwracalnie wiązać się z podjednostkami regulatorowymi kinazy białkowej A (PKA), która składa się z dwóch podjednostek regulatorowych (R) i dwóch katalitycznych (C) - (R 2 C 2). Kompleks R 2 C 2 nie posiada aktywności enzymatycznej. Przyłączenie cAMP do podjednostek regulatorowych powoduje zmianę ich konformacji i utratę komplementarności z podjednostkami C. Podjednostki katalityczne uzyskują aktywność enzymatyczną.

Aktywna kinaza białkowa A za pomocą ATP fosforyluje określone białka przy resztach seryny i treoniny. Fosforylacja białek i enzymów zwiększa lub zmniejsza ich aktywność, dlatego zmienia się tempo procesów metabolicznych, w których uczestniczą.

Aktywacja cząsteczki sygnałowej receptora R stymuluje działanie białka Gj, które przebiega według tych samych zasad, co dla białka G.. Ale kiedy podjednostka α i -GTP wchodzi w interakcję z cyklazą adenylanową, aktywność enzymu spada.

Inaktywacja cyklazy adenylanowej i kinazy białkowej A

Podjednostka α w kompleksie z GTP w interakcji z cyklazą adenylanową zaczyna wykazywać aktywność enzymatyczną (GTP-fosfataza), hydrolizuje GTP. Powstała cząsteczka GDP pozostaje w aktywnym centrum podjednostki α, zmienia swoją konformację i zmniejsza swoje powinowactwo do AC. Kompleks AC i α,-GDP dysocjuje, α,-GDP wchodzi w skład białka G.. Oddzielenie α,-GDP od cyklazy adenylanowej inaktywuje enzym i zatrzymuje syntezę cAMP.

Fosfodiesteraza- „zakotwiczony” enzym błony cytoplazmatycznej hydrolizuje utworzone wcześniej cząsteczki cAMP do AMP. Spadek stężenia cAMP w komórce powoduje rozszczepienie kompleksu cAMP 4K" 2 i zwiększenie powinowactwa podjednostek R i C oraz powstanie nieaktywnej postaci PKA.

Fosforylowane enzymy i białka fosfataza fosfoproteinowa przejść do formy defosforylowanej, zmienia się ich konformacja, aktywność i szybkość procesów, w których te enzymy uczestniczą. W efekcie układ powraca do pierwotnego stanu i jest gotowy do ponownej aktywacji, gdy hormon wejdzie w interakcję z receptorem. W ten sposób zapewniona jest zgodność zawartości hormonów we krwi i intensywności odpowiedzi komórek docelowych.

3. Udział układu cyklazy adenylanowej w regulacji ekspresji genów. Wiele hormonów białkowych: glukagon, wazopresyna, hormon przytarczyc itp., które przekazując swój sygnał przez układ cyklazy adenylanowej, może nie tylko powodować zmianę szybkości reakcji poprzez fosforylację enzymów już obecnych w komórce, ale także zwiększać lub zmniejszać ich liczbę poprzez regulację ekspresji genów (ryc. 4.12). Aktywna kinaza białkowa A może przechodzić do jądra i fosforylować czynnik transkrypcyjny (CREB). Przystąpienie fosforu

Ryż. 4.12. Szlak cyklazy adenylanowej prowadzący do ekspresji określonych genów

Reszta zwiększa powinowactwo czynnika transkrypcyjnego (CREB-(P) do określonej sekwencji strefy regulatorowej DNA-CRE (element odpowiedzi cAMP) i stymuluje ekspresję niektórych genów białek.

Zsyntetyzowanymi białkami mogą być enzymy, których zwiększenie ilości zwiększa szybkość reakcji procesów metabolicznych lub nośniki błonowe, które zapewniają wejście lub wyjście z komórki niektórych jonów, wody lub innych substancji.

Ryż. 4.13. Układ fosforanowy inozytolu

Pracę układu zapewniają białka: kalmodulina, enzym kinaza białkowa C, kinazy białkowe zależne od Ca 2 + -kalmoduliny, regulowane kanały Ca 2 + błony retikulum endoplazmatycznego, Ca 2 + - ATPaza błon komórkowych i mitochondrialnych.

Sekwencja zdarzeń transdukcji sygnału pierwotnego przekaźnika przez układ fosforanu inozytolu

Związanie aktywatora układu fosforanowego inozytolu z receptorem (R) prowadzi do zmiany jego konformacji. Zwiększa się powinowactwo receptora do białka Gf ls. Przyłączenie głównego kompleksu przekaźnik-receptor do Gf ls-GDP zmniejsza powinowactwo podjednostki afls do GDP i zwiększa powinowactwo do GTP. W miejscu aktywnym podjednostka af ls GDP zostaje zastąpiona przez GTP. Powoduje to zmianę konformacji podjednostki afls i zmniejszenie powinowactwa do podjednostek βγ oraz dysocjację białka Gfls. Odłączona podjednostka af ls-GTP przesuwa się poprzecznie przez błonę do enzymu fosfolipaza C.

Oddziaływanie aphls-GTP z miejscem wiązania fosfolipazy C zmienia konformację i aktywność enzymu, zwiększa szybkość hydrolizy fosfolipidu błony komórkowej - 4,5-bisfosforanu fosfatydyloinozytolu (FIF 2) (ryc. 4.14).

Ryż. 4.14. Hydroliza 4,5-bisfosforanu fosfatydyloinozytolu (FIF 2)

Podczas reakcji powstają dwa produkty - wtórne przekaźniki sygnału hormonalnego (wtórne przekaźniki): diacyloglicerol, który pozostaje w błonie i bierze udział w aktywacji enzymu kinazy białkowej C oraz inozytolo-1,4,5-trifosforan (IF 3), który jako związek hydrofilowy przechodzi do cytosolu. W ten sposób sygnał odbierany przez receptor komórkowy jest rozwidlony. IP 3 wiąże się ze specyficznymi centrami kanału Ca 2+ błony retikulum endoplazmatycznego (E), co prowadzi do zmiany konformacji białka i otwarcia kanału Ca 2+. Ponieważ stężenie wapnia w ER jest o około 3-4 rzędy wielkości wyższe niż w cytozolu, po otwarciu kanału Ca 2+ wchodzi do cytozolu wzdłuż gradientu stężeń. W przypadku braku IF 3 w cytozolu kanał jest zamknięty.

Cytozol wszystkich komórek zawiera małe białko zwane kalmoduliną, które ma cztery miejsca wiązania Ca 2+. Wraz ze wzrostem koncentracji

wapń, aktywnie przyłącza się do kalmoduliny, tworząc kompleks 4Са 2+ -kalmodulina. Kompleks ten oddziałuje z kinazami białkowymi zależnymi od Ca 2+ -kalmoduliny oraz innymi enzymami i zwiększa ich aktywność. Aktywowana kinaza białkowa zależna od Ca 2+-kalmoduliny fosforyluje niektóre białka i enzymy, w wyniku czego zmienia się ich aktywność i tempo procesów metabolicznych, w których uczestniczą.

Zwiększenie stężenia Ca 2+ w cytosolu komórki zwiększa szybkość interakcji Ca 2 + z nieaktywnym enzymem cytozolowym kinaza białkowa C (PKC). Wiązanie PKC z jonami wapnia stymuluje ruch białka do błony plazmatycznej i umożliwia enzymowi interakcję z ujemnie naładowanymi „głowami” cząsteczek fosfatydyloseryny (PS) błony. Diacyloglicerol, zajmując określone miejsca w kinazie białkowej C, dodatkowo zwiększa swoje powinowactwo do jonów wapnia. Po wewnętrznej stronie błony tworzy się aktywna forma PKC (PKC? Ca2+? PS? DAG), która fosforyluje określone enzymy.

Aktywacja układu IF jest krótkotrwała, a po odpowiedzi komórki na bodziec fosfolipaza C, kinaza białkowa C i enzymy zależne od Ca2+-kalmoduliny ulegają inaktywacji. af ls - Podjednostka w kompleksie z GTP i fosfolipazą C wykazuje aktywność enzymatyczną (GTP-fosfataza), hydrolizuje GTP. Związana z GDP podjednostka af ls traci powinowactwo do fosfolipazy C i powraca do pierwotnego stanu nieaktywnego, tj. wchodzi w skład kompleksu αβγ-GDP Gf ls-białko).

Oddzielenie afls-GDF od fosfolipazy C inaktywuje enzym i zatrzymuje hydrolizę FIF 2. Wzrost stężenia Ca 2+ w cytozolu aktywuje Ca 2+ -ATPazę retikulum endoplazmatycznego, błony cytoplazmatycznej, która „wypompowuje” Ca 2 + z cytozolu komórki. W procesie tym biorą udział także nośniki Na+/Ca 2+- i H+/Ca 2+, działając na zasadzie aktywnego antyportu. Spadek stężenia Ca 2+ prowadzi do dysocjacji i inaktywacji enzymów zależnych od Ca 2+ -kalmoduliny oraz utraty powinowactwa kinazy białkowej C do lipidów błonowych i zmniejszenia jej aktywności.

Powstające w wyniku aktywacji układu IP 3 i DAG mogą ponownie oddziaływać ze sobą i przekształcać się w 4,5-bisfosforan fosfatydyloinozytolu.

Fosforylowane enzymy i białka pod działaniem fosfatazy fosfoproteinowej przekształcają się w formę defosforylowaną, zmienia się ich konformacja i aktywność.

5. Receptory katalityczne. Receptory katalityczne to enzymy. Aktywatorami tych enzymów mogą być hormony, czynniki wzrostu, cytokiny. W postaci aktywnej enzymy receptorowe fosforylują określone białka w grupach -OH tyrozyny, dlatego nazywane są białkowymi kinazami tyrozynowymi (ryc. 4.15). Dzięki specjalnym mechanizmom sygnał odebrany przez receptor katalityczny może zostać przekazany do jądra, gdzie stymuluje lub hamuje ekspresję określonych genów.

Ryż. 4.15. Aktywacja receptora insuliny.

Fosfataza fosfoproteinowa defosforyluje określone fosfoproteiny.

Fosfodiesteraza przekształca cAMP w AMP i cGMP w GMP.

GLUT 4 - transportery glukozy w tkankach insulinozależnych.

Białkowa fosfataza tyrozynowa defosforyluje podjednostkę β receptora

insulina

Przykładem receptora katalitycznego jest receptor insuliny, który składa się z dwóch podjednostek a i dwóch podjednostek β. podjednostki α znajdują się na zewnętrznej powierzchni błony komórkowej, podjednostki β penetrują dwuwarstwę błony. Miejsce wiązania insuliny jest utworzone przez N-końcowe domeny podjednostek α. Centrum katalityczne receptora znajduje się na domenach wewnątrzkomórkowych podjednostek β. Część cytozolowa receptora ma kilka reszt tyrozynowych, które mogą być fosforylowane i defosforylowane.

Przyłączenie insuliny do miejsca wiązania utworzonego przez podjednostki a powoduje kooperatywne zmiany konformacyjne w receptorze. Podjednostki β wykazują aktywność kinazy tyrozynowej i katalizują transautofosforylację (pierwsza podjednostka β fosforyluje drugą podjednostkę β i odwrotnie) przy kilku resztach tyrozyny. Fosforylacja prowadzi do zmiany ładunku, konformacji i specyficzności substratowej enzymu (Tyr-PA). Tyrozyna-PK fosforyluje pewne białka komórkowe, które nazywane są substratami receptora insuliny. Z kolei białka te biorą udział w aktywacji kaskady reakcji fosforylacji:

fosfataza fosfoproteinowa(FPF), który defosforyluje określone fosfoproteiny;

fosfodiesteraza, który konwertuje cAMP na AMP i cGMP na GMP;

GLUT 4- nośniki glukozy w tkankach insulinozależnych, w związku z czym zwiększa się wychwyt glukozy w komórkach mięśniowych i tkanki tłuszczowej;

fosfataza białkowa tyrozynowa który defosforyluje podjednostkę β receptora insuliny;

jądrowe białka regulatorowe, czynniki transkrypcyjne, zwiększyć lub zmniejszyć ekspresję genów niektórych enzymów.

Implementacja efektu czynniki wzrostowe można przeprowadzić przy użyciu receptorów katalitycznych, które składają się z pojedynczego łańcucha polipeptydowego, ale tworzą dimery po związaniu głównego przekaźnika. Wszystkie receptory tego typu mają zewnątrzkomórkową domenę glikozylowaną, transbłonową (a-helisę) i domenę cytoplazmatyczną zdolną do wykazywania aktywności kinazy białkowej po aktywacji.

Dimeryzacja sprzyja aktywacji ich katalitycznych domen wewnątrzkomórkowych, które przeprowadzają transautofosforylację reszt aminokwasowych seryny, treoniny lub tyrozyny. Przyłączenie reszt fosforu prowadzi do powstania w receptorze miejsc wiązania dla specyficznych białek cytozolowych i aktywacji kaskady transdukcji sygnału kinazy białkowej (ryc. 4.16).

Sekwencja zdarzeń transmisji sygnału pierwotnych przekaźników (czynników wzrostu) z udziałem białek Ras i Raf.

Związanie receptora (R) z czynnikiem wzrostu (GF) prowadzi do jego dimeryzacji i transautofosforylacji. Ufosforylowany receptor nabywa powinowactwo do białka Grb2. Powstały kompleks FR*R*Grb2 oddziałuje z cytozolowym białkiem SOS. Zmiana konformacji SOS

zapewnia jego oddziaływanie z zakotwiczonym białkiem błonowym Ras-GDF. Tworzenie kompleksu FR?R?Grb2?SOS?Ras-GDP zmniejsza powinowactwo białka Ras do GDP i zwiększa powinowactwo do GTP.

Zastąpienie GDP przez GTP zmienia konformację białka Ras, które jest uwalniane z kompleksu i wchodzi w interakcję z białkiem Raf w rejonie błony. Kompleks Ras – GTP – Raf wykazuje aktywność kinazy białkowej i fosforyluje enzym kinazy MEK. Aktywowana kinaza MEK z kolei fosforyluje kinazę MAP przy treoninie i tyrozynie.

Ryc.4.16. Kaskada kinazy MAP.

Receptory tego typu mają naskórkowy czynnik wzrostu (EGF), czynnik wzrostu nerwów (NGF) i inne czynniki wzrostu.

Grb2 – białko, które oddziałuje z receptorem czynnika wzrostu (białko wiążące receptor wzrostu); SOS (GEF) - współczynnik wymiany GDP-GTP (czynnik wymiany nukleotydów guaniny); Ras - białko G (trifosfataza guanidynowa); Kinaza Raf - w postaci aktywnej - fosforylująca kinaza MEK; kinaza MEK - kinaza kinazy MAP; Kinaza MAP - kinaza białkowa aktywowana mitogenem (kinaza białkowa aktywowana mitogenem)

Przyłączenie grupy -PO 3 2 - do rodników aminokwasowych kinazy MAP zmienia jej ładunek, konformację i aktywność. Enzym fosforyluje specyficzne białka błon, cytozolu i jądra dla seryny i treoniny.

Zmiany aktywności tych białek wpływają na tempo procesów metabolicznych, funkcjonowanie translokaz błonowych oraz aktywność mitotyczną komórek docelowych.

Receptory z aktywność cyklazy guanylowej nazywane są również receptorami katalitycznymi. Cyklaza guanylanowa katalizuje powstawanie cGMP z GTP, który jest jednym z ważnych przekaźników (mediatorów) wewnątrzkomórkowej transmisji sygnału (ryc. 4.17).

Ryż. 4.17. Regulacja aktywności błonowej cyklazy guanylowej.

Związana z błoną cyklaza guanylanowa (GC) jest transbłonową glikoproteiną. Centrum wiązania cząsteczki sygnałowej znajduje się na domenie zewnątrzkomórkowej, wewnątrzkomórkowa domena cyklazy guanylowej wykazuje aktywność katalityczną w wyniku aktywacji

Przyłączenie głównego przekaźnika do receptora aktywuje cyklazę guanylanową, która katalizuje konwersję GTP do cyklicznego guanozyno-3,5'-monofosforanu (cGMP), drugiego przekaźnika. W komórce wzrasta stężenie cGMP. Cząsteczki cGMP mogą odwracalnie przyłączać się do centrów regulatorowych kinazy białkowej G (PKG5), która składa się z dwóch podjednostek. Cztery cząsteczki cGMP zmieniają konformację i aktywność enzymu. Aktywna kinaza białkowa G katalizuje fosforylację niektórych białek i enzymów w cytozolu komórki. Jednym z głównych przekaźników kinazy białkowej G jest przedsionkowy czynnik natriuretyczny (ANF), który reguluje homeostazę płynów w organizmie.

6. Transmisja sygnału za pomocą receptorów wewnątrzkomórkowych. Chemicznie hydrofobowe hormony (hormony steroidowe i tyroksyna) mogą dyfundować przez błony, więc ich receptory znajdują się w cytozolu lub jądrze komórkowym.

Receptory cytozolowe są związane z białkiem opiekuńczym, które zapobiega przedwczesnej aktywacji receptora. Jądrowe i cytozolowe receptory hormonów steroidowych i tarczycy zawierają domenę wiążącą DNA, która zapewnia interakcję kompleksu hormon-receptor z regionami regulatorowymi DNA w jądrze i zmiany szybkości transkrypcji.

Sekwencja zdarzeń prowadząca do zmiany szybkości transkrypcji

Hormon przechodzi przez dwuwarstwę lipidową błony komórkowej. W cytosolu lub jądrze hormon oddziałuje z receptorem. Kompleks hormon-receptor przechodzi do jądra i przyłącza się do regulatorowej sekwencji nukleotydowej DNA - wzmacniacz(ryc. 4.18) lub tłumik. Dostępność promotora dla polimerazy RNA wzrasta po interakcji ze wzmacniaczem lub zmniejsza się po interakcji z wyciszaczem. Odpowiednio, szybkość transkrypcji pewnych genów strukturalnych wzrasta lub maleje. Dojrzałe mRNA są uwalniane z jądra. Szybkość translacji niektórych białek wzrasta lub maleje. Zmienia się ilość białek, które wpływają na metabolizm i stan funkcjonalny komórki.

W każdej komórce znajdują się receptory wchodzące w skład różnych układów przetworników sygnału, które przekształcają wszystkie sygnały zewnętrzne na sygnały wewnątrzkomórkowe. Liczba receptorów dla konkretnego pierwszego przekaźnika może wahać się od 500 do ponad 100 000 na komórkę. Znajdują się one na membranie w pewnej odległości od siebie lub są skoncentrowane w określonych jej obszarach.

Ryż. 4.18. Transmisja sygnału do receptorów wewnątrzkomórkowych

b) wybierz z tabeli lipidy biorące udział w:

1. Aktywacja kinazy białkowej C

2. Reakcje powstawania DAG pod wpływem fosfolipazy C

3. Tworzenie osłonek mielinowych włókien nerwowych

c) napisz reakcję hydrolizy wybranego lipidu w paragrafie 2;

d) wskazać, który z produktów hydrolizy bierze udział w regulacji kanału Ca 2 + retikulum endoplazmatycznego.

2. Wybierz prawidłowe odpowiedzi.

Na labilność konformacyjną białek nośnikowych mogą wpływać:

B. Zmiana potencjału elektrycznego w poprzek błony

B. Przyłączenie określonych cząsteczek D. Skład kwasów tłuszczowych lipidów dwuwarstwowych E. Ilość transportowanej substancji

3. Ustaw mecz:

A. Kanał wapniowy ER B. Ca 2 +-ATPaza

D. Ka+-zależny nośnik Ca2+D.N+,K+-ATPaza

1. Przenosi Na+ wzdłuż gradientu stężeń

2. Działa na zasadzie mechanizmu ułatwionej dyfuzji

3. Przenosi Na+ wbrew gradientowi stężeń

4. Przenieś stół. 4.2. zeszyt i wypełnij go.

Tabela 4.2. Cyklaza adenylanowa i układy fosforanowe inozytolu

Struktura i etapy działania	Układ cyklazy adenylanowej	Układ fosforanowy inozytolu
Przykład głównego komunikatora systemu
Integralne białko błony komórkowej oddziałujące komplementarnie z głównym przekaźnikiem
Białko aktywujące enzymy sygnalizacyjne
Układ enzymatyczny tworzący wtórnego (e) posłańca (ów)
Wtórny komunikator(i) systemu
Cytosolowy (e) enzym (y) układu oddziałujący (e) z drugim przekaźnikiem
Mechanizm regulacji (w tym układzie) aktywności enzymów szlaków metabolicznych
Mechanizmy zmniejszania stężenia przekaźników wtórnych w komórce docelowej
Przyczyna spadku aktywności enzymu błonowego układu sygnalizacyjnego

ZADANIA DO SAMOKONTROLI

1. Ustaw mecz:

A. Symport bierny B. Antyport bierny

B. Endocytoza D. Egzocytoza

D. Pierwotny transport aktywny

1. Transport substancji do komórki odbywa się razem z częścią błony komórkowej

2. Równocześnie dwie różne substancje przechodzą do komórki zgodnie z gradientem stężeń

3. Transport substancji odbywa się wbrew gradientowi stężeń

2. Wybierz poprawną odpowiedź.

ag-Podjednostka białka G związana z GTP aktywuje:

A. Receptor

B. Kinaza białkowa A

B. Fosfodiesteraza D. Cyklaza adenylanowa E. Kinaza białkowa C

3. Ustaw mecz.

Funkcjonować:

A. Reguluje aktywność receptora katalitycznego B. Aktywuje fosfolipazę C

B. Przekształca kinazę białkową A w jej aktywną postać

D. Zwiększa stężenie Ca 2+ w cytozolu komórki E. Aktywuje kinazę białkową C

Drugi posłaniec:

4. Ustaw mecz.

Funkcjonowanie:

A. Zdolne do bocznej dyfuzji w dwuwarstwie membrany

B. W połączeniu z głównym posłańcem łączy się ze wzmacniaczem

B. Wykazuje aktywność enzymatyczną podczas interakcji z głównym przekaźnikiem

G. Może wchodzić w interakcje z białkiem G

D. Oddziałuje z fosfolipazą C podczas transmisji sygnału Chwytnik:

1. Insulina

2. Adrenalina

3. Hormon steroidowy

5. Ukończ zadanie „łańcuch”:

A) hormony peptydowe oddziałują z receptorami:

A. W cytosolu komórki

B. Integralne białka błon komórkowych docelowych

B. W jądrze komórkowym

G. Kowalencyjnie związany z FIF 2

B) oddziaływanie takiego receptora z hormonem powoduje wzrost stężenia w komórce:

Hormon

B. Metabolity pośrednie

B. Wtórni posłańcy D. Białka jądrowe

V) te cząsteczki mogą być:

A. TAG B. GTP

B. FIF 2 D. cAMP

G) aktywują:

A. Cyklaza adenylanowa

B. Kalmodulina zależna od Ca 2+

B. Kinaza białkowa A D. Fosfolipaza C

e) enzym ten zmienia tempo procesów metabolicznych w komórce poprzez:

A. Zwiększenie stężenia Ca 2 + w cytozolu B. Fosforylacja enzymów regulatorowych

B. Aktywacja protenfosfatazy

D. Zmiany w ekspresji genów białek regulatorowych

6. Wykonaj zadanie „łańcuchowe”:

A) przyłączenie czynnika wzrostu (GF) do receptora (R) prowadzi do:

A. Zmiany w lokalizacji kompleksu FR-R

B. Dimeryzacja i transautofosforylacja receptora

B. Zmiana konformacji receptora i przyłączenie do białka Gs D. Ruch kompleksu FR-R

B) takie zmiany w strukturze receptora zwiększają jego powinowactwo do białka powierzchniowego błony:

B. Raf G. Grb2

V) ta interakcja zwiększa prawdopodobieństwo przyłączenia do cytozolowego kompleksu białkowego:

A. Kalmodulina B. Raś

B. PCS D. SOS

G) co zwiększa komplementarność kompleksu do „zakotwiczonego” białka:

mi) zmiana konformacji „zakotwiczonego” białka zmniejsza jego powinowactwo do:

A. cAMP B. GTP

B. GDF G. ATP

mi) substancja ta zostaje zastąpiona przez:

A. GDF B. AMP

B. cGMP D. GTP

I) przyłączenie nukleotydu sprzyja oddziaływaniu „zakotwiczonego” białka z:

A. PKA B. Kalmodulina

H) Białko to jest częścią kompleksu, który fosforyluje:

A. Kinaza MEK B. Kinaza białkowa C

B. Kinaza białkowa A D. Kinaza MAP

I) Enzym ten z kolei aktywuje:

A. Kinaza MEK B. Kinaza białkowa G

B. Białko Raf D. Kinaza MAP

j) fosforylacja białka zwiększa jego powinowactwo do:

A. Białka SOS i Raf B. Jądrowe białka regulatorowe B. Kalmodulina D. Receptory jądrowe

k) aktywacja tych białek prowadzi do:

A. Defosforylacja GTP w centrum aktywnym białka Ras B. Zmniejszone powinowactwo receptora do czynnika wzrostu

B. Wzrost tempa biosyntezy macierzy D. Dysocjacja kompleksu SOS-Grb2

m) w wyniku tego:

A. Białko SOS jest uwalniane z receptora

B. Następuje dysocjacja protomerów receptora (R).

B. Białko Ras oddziela się od białka Raf

D. Zwiększa się aktywność proliferacyjna komórki docelowej.

STANDARDY ODPOWIEDZI NA „ZADANIA DO SAMOKONTROLI”

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

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

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

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

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

PODSTAWOWE TERMINY I POJĘCIA

1. Budowa i funkcje błon

2. Transport substancji przez błony

3. Cechy strukturalne białek błonowych

4. Przezbłonowe układy transdukcji sygnału (cyklaza adenylanowa, fosforan inozytolu, cyklaza guanylanowa, receptory katalityczne i wewnątrzkomórkowe)

5. Pierwsi posłańcy

6. Wtórni posłańcy (pośrednicy)

ZADANIA DO PRACY SŁUCHAWCZEJ

1. Patrz rys. 4.19 i wykonaj następujące zadania:

a) nazwać środek transportu;

b) ustal kolejność wydarzeń:

A. Cl - opuszcza komórkę wzdłuż gradientu stężeń

B. Kinaza białkowa A fosforyluje podjednostkę R kanału

B. Zmiany konformacji podjednostki R

D. Następują kooperatywne zmiany konformacyjne w białku błonowym

D. System cyklazy adenylanowej jest aktywowany

Ryż. 4.19. Funkcjonowanie kanału C1 śródbłonka jelitowego.

R jest białkiem regulatorowym, które jest przekształcane w formę fosforylowaną przez działanie kinazy białkowej A (PKA)

c) porównaj funkcjonowanie kanału Ca 2+ błony retikulum endoplazmatycznego i kanału Cl - komórki śródbłonka jelitowego, uzupełniając tabelę. 4.3.

Tabela 4.3. Sposoby regulacji funkcjonowania kanałów

Rozwiązywać problemy

1. Skurcz mięśnia sercowego aktywuje Ca 2 +, którego zawartość w cytosolu komórki wzrasta w wyniku funkcjonowania zależnych od cAMP nośników błony cytoplazmatycznej. Z kolei stężenie cAMP w komórkach jest regulowane przez dwie cząsteczki sygnałowe – adrenalinę i acetylocholinę. Ponadto wiadomo, że adrenalina, oddziałując z receptorami β2-adrenergicznymi, zwiększa stężenie cAMP w komórkach mięśnia sercowego i stymuluje pojemność minutową serca, a acetylocholina, oddziałując z receptorami M2-cholinergicznymi, zmniejsza poziom cAMP i kurczliwość mięśnia sercowego. Wyjaśnij, dlaczego dwóch głównych przekaźników, korzystających z tego samego systemu transdukcji sygnału, wywołuje różną odpowiedź komórkową. Dla tego:

a) przedstawić schemat transdukcji sygnału dla adrenaliny i acetylocholiny;

b) wskazać różnicę w kaskadach sygnalizacyjnych tych posłańców.

2. Acetylocholina, oddziałując z M 3 -cholinergicznymi receptorami gruczołów ślinowych, stymuluje uwalnianie Ca 2+ z ER. Wzrost stężenia Ca 2+ w cytosolu zapewnia egzocytozę ziarnistości wydzielniczych i uwalnianie elektrolitów i niewielkiej ilości białek do przewodu ślinowego. Wyjaśnij, w jaki sposób regulowane są kanały Ca 2+ w ER. Dla tego:

a) wymienić drugiego posłańca zapewniającego otwarcie kanałów ER Ca 2+;

b) napisz reakcję na utworzenie drugiego posłańca;

c) przedstawić schemat przezbłonowej transdukcji sygnału acetylocholiny, podczas której aktywacji regulatorowy ligand Ca 2+ -can-

3. Badacze receptora insuliny zidentyfikowali istotną zmianę w genie białka, jednego z substratów receptora insuliny. Jak zakłócenie struktury tego białka wpłynie na funkcjonowanie systemu sygnalizacji insulinowej? Aby odpowiedzieć na pytanie:

a) przedstaw schemat transbłonowej sygnalizacji insuliny;

b) wymienić białka i enzymy aktywujące insulinę w komórkach docelowych, wskazać ich funkcję.

4. Białko Ras jest białkiem „zakotwiczonym” w błonie cytoplazmatycznej. Funkcję „kotwicy” pełni 15-węglowa reszta farnezylu H 3 C-(CH 3) C \u003d CH-CH 2 - [CH 2 - (CH 3) C \u003d CH-CH 2 ] 2 -, który jest przyłączany do białka przez enzym farnezylotransferazę podczas modyfikacji potranslacyjnej. Obecnie trwają badania kliniczne nad inhibitorami tego enzymu.

Dlaczego stosowanie tych leków upośledza transdukcję sygnału czynnika wzrostu? Za odpowiedź:

a) przedstawić schemat transdukcji sygnału z udziałem białek Ras;

b) wyjaśnić funkcję białek Ras i skutki niepowodzenia ich acylacji;

c) zgadnij, do leczenia jakich chorób zostały opracowane te leki.

5. Kalcytriol, hormon steroidowy, aktywuje wchłanianie wapnia z pożywienia poprzez zwiększenie ilości białek nośnikowych Ca 2+ w komórkach jelitowych. Wyjaśnij mechanizm działania kalcytriolu. Dla tego:

a) podać ogólny schemat przekazywania sygnału hormonów steroidowych i opisać jego działanie;

b) nazwać proces aktywujący hormon w jądrze komórki docelowej;

c) wskazać, w jakiej biosyntezie macierzy będą uczestniczyć cząsteczki syntetyzowane w jądrze i gdzie ona zachodzi.

I. Penetracja sterydu (C) do wnętrza komórki

II. Powstanie kompleksu SR

Wszystkie hormony steroidowe P są kulistymi białkami o mniej więcej tej samej wielkości, wiążącymi hormony z bardzo wysokim powinowactwem.

III. Transformacja SR do postaci zdolnej do wiązania się z akceptorami jądrowymi [SR]

Każda komórka zawiera całą informację genetyczną. Jednak wraz ze specjalizacją komórki większość DNA pozbawiona jest możliwości bycia matrycą do syntezy mRNA. Osiąga się to poprzez fałdowanie histonów wokół białek, co prowadzi do zahamowania transkrypcji. Pod tym względem materiał genetyczny komórki można podzielić na 3 rodzaje DNA:

1. transkrypcyjnie nieaktywne

2. stale wyrażane

3. indukowane przez hormony lub inne cząsteczki sygnałowe.

IV. Wiązanie [CP] z akceptorem chromatyny

Należy zauważyć, że ten etap działania C nie został w pełni zbadany i ma wiele kontrowersyjnych punktów. Uważa się, że [CP] oddziałuje z określonymi regionami DNA w taki sposób, że umożliwia polimerazie RNA kontakt z określonymi domenami DNA.

Interesujące jest doświadczenie, które wykazało, że okres półtrwania mRNA zwiększa się, gdy jest stymulowany przez hormon. Prowadzi to do wielu sprzeczności: staje się niejasne ¾ wzrost ilości mRNA wskazuje, że [SR] zwiększa szybkość transkrypcji lub wydłuża okres półtrwania mRNA; jednocześnie wzrost półtrwania mRNA tłumaczy się obecnością w komórce stymulowanej hormonami dużej liczby rybosomów, które stabilizują mRNA, lub innym nieznanym nam w tej chwili działaniem [SR] .

w. Selektywna inicjacja transkrypcji określonych mRNA; skoordynowana synteza tRNA i rRNA

Można przypuszczać, że głównym efektem [SR] jest rozluźnienie skondensowanej chromatyny, co prowadzi do otwarcia do niej dostępu dla cząsteczek polimerazy RNA. Wzrost ilości mRNA prowadzi do wzrostu syntezy tRNA i rRNA.

VI. Pierwotna obróbka RNA

VII. Transport mRNA do cytoplazmy

VIII. synteza białek

IX. Modyfikacja potranslacyjna białek

Jednak badania pokazują, że jest to główny, ale nie jedyny możliwy mechanizm działania hormonów. Na przykład androgeny i estrogeny powodują wzrost cAMP w niektórych komórkach, co sugeruje, że istnieją również receptory błonowe dla hormonów steroidowych. To pokazuje, że hormony steroidowe działają na niektóre wrażliwe komórki jako hormony rozpuszczalne w wodzie.

Pośrednicy wtórni

Hormony peptydowe, aminy i neuroprzekaźniki, w przeciwieństwie do steroidów, są w ¾ związkami hydrofilowymi i nie są w stanie łatwo przeniknąć przez błonę plazmatyczną komórki. Dlatego oddziałują z receptorami błonowymi znajdującymi się na powierzchni komórki. Interakcja hormon-receptor inicjuje wysoce skoordynowaną reakcję biologiczną, w której może uczestniczyć wiele składników komórkowych, z których część znajduje się w znacznej odległości od błony plazmatycznej.

cAMP ¾ jest pierwszym związkiem, który Sutherland, który go odkrył, nazwał „drugim mediatorem”, ponieważ uważał sam hormon za „pierwszego mediatora”, powodującego wewnątrzkomórkową syntezę „drugiego mediatora”, pośredniczącego w biologicznym efekt pierwszego.

Do tej pory można wymienić co najmniej 3 rodzaje przekaźników wtórnych: 1) cykliczne nukleotydy (cAMP i cGMP); 2) jony Ca i 3) metabolity fosfatydyloinozytolu.

Za pomocą takich układów niewielka liczba cząsteczek hormonów, wiążąc się z receptorami, powoduje produkcję znacznie większej liczby cząsteczek drugiego przekaźnika, a te z kolei wpływają na aktywność jeszcze większej liczby cząsteczek białka. Tak więc następuje stopniowe wzmacnianie sygnału, który początkowo pojawia się, gdy hormon wiąże się z receptorem.

CAMF

W uproszczeniu działanie hormonu poprzez cAMP można przedstawić w następujący sposób:

1. hormon + stereospecyficzny receptor

2. aktywacja cyklazy adenylanowej

3. tworzenie cAMP

4. zapewnienie skoordynowanej odpowiedzi cAMP

Środowisko hormonalne

Błona receptorowa

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

Nieaktywna kinaza białkowa

Fosfodiesteraza

Aktywna kinaza białkowa

Fosfoproteina defosfoproteinowa

Fosfataza fosfoproteinowa

Efekt biologiczny

Rys. 1

1. Należy zauważyć, że receptory są również strukturami dynamicznymi. Oznacza to, że ich liczba może się zmniejszyć lub zwiększyć. Na przykład u osób o zwiększonej masie ciała zmniejsza się liczba receptorów insuliny. Eksperymenty wykazały, że przy normalizacji ich masy obserwuje się wzrost liczby receptorów do normalnego poziomu. Innymi słowy, wraz ze wzrostem lub spadkiem stężenia insuliny zachodzą odwrotne zmiany stężenia receptorów. Uważa się, że zjawisko to może chronić komórkę przed zbyt intensywną stymulacją przy nieodpowiednio wysokim poziomie hormonu.

2. Aktywacja cyklazy adenylanowej (A) jest również procesem regulowanym. Wcześniej uważano, że hormon (G), wiążąc się z receptorem (P), zmienia swoją konformację, co prowadzi do aktywacji A. Okazało się jednak, że A jest enzymem allosterycznym, który jest aktywowany pod wpływem GTP. GTP niesie ze sobą specjalne białko (przetwornik) G. W związku z tym przyjęto model opisujący nie tylko aktywację A, ale także zakończenie tego procesu.

a) G + R + G HDF® G R G + PKB

b) G R G + GTP ® G + R + G GTP

c) G GTP + A® cAMP + G GDP

Zatem hydroliza GTP służy jako sygnał „wyłączenia” dla systemu. Aby wznowić cykl, GDP musi zostać odłączony od G, co ma miejsce, gdy hormon wiąże się z P.

Kilka czynników działa hamująco na A i powoduje spadek stężenia cAMP. Przykładami agonistów stymulujących cyklazę są glukagon, ADH, LH, FSH, TSH i ACTH. Czynniki hamujące cyklazę obejmują opioidy, somatostatynę, angiotensynę II i acetylocholinę. Adrenalina może pobudzać (poprzez receptory β) lub hamować (poprzez receptory α) ten enzym. Powstaje pytanie, w jaki sposób przebiega dwukierunkowa regulacja A. Okazało się, że w układzie hamującym znajduje się trójwymiarowe białko, które jest niezwykle podobne do powyższego białka G. Efekt Gi można opisać następująco:

a) G + P + Gi GDF ® G R Gi + GDF

b) G R Gi + GTP ® G + P + Gi GTP

c) Gi GTP + A ® ¯cAMP + Gi GDP

Po fosforylacji białek enzymatycznych w przebiegu reakcji opisanych powyżej (patrz ryc. 1) zmienia się ich konformacja. W konsekwencji zmienia się również konformacja ich centrum aktywnego, co prowadzi do ich aktywacji lub zahamowania. Okazuje się, że dzięki przekaźnikowi wtórnemu cAMP w komórce, działanie specyficznych dla niej enzymów jest aktywowane lub hamowane, co powoduje określony efekt biologiczny charakterystyczny dla tej komórki. Pod tym względem, pomimo dużej liczby enzymów, które działają poprzez przekaźnik wtórny cAMP, w komórce zachodzi pewna, specyficzna odpowiedź.