A hormonhatás másodlagos hírvivőinek rendszerei a következők:

1. Adenilát-cikláz és ciklikus AMP,

2. Guanilát-cikláz és ciklikus GMP,

3. Foszfolipáz C:

Diacilglicerin (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 hypothalamus, mind az adenohypophysis 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 kortikotropinhiány a mellékvesék glükokortikoid funkciójának elégtelenségét okozza, kifejezett metabolikus változásokkal, valamint a szervezet kedvezőtlen környezeti feltételekkel szembeni ellenállásának csökkenését.

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. Stimulálja 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, az inzulint lebontó enzimet. 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, vagyis a hiányos csontosodással járó területeket, amit akromegáliának neveznek. . A belső szervek mérete is megnő - splanchomegalia.

A hormon veleszületett hiányával törpeség képződik, 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.

Általános ötletek a jelátviteli útvonalakkal kapcsolatban

A legtöbb szabályozó molekula esetében a membránreceptorhoz való kötődésük és a sejt végső válasza között, pl. működésének megváltoztatásával összetett eseménysorok kerülnek közbe - bizonyos jelátviteli utak, más néven jelátviteli útvonalakon keresztül.

A szabályozó anyagokat általában endokrin, neurokrin és parakrin anyagokra osztják. Endokrin szabályozók (hormonok) az endokrin sejtek kiválasztják a vérbe, és az által a célsejtekhez szállítják, amelyek a szervezetben bárhol elhelyezkedhetnek. Neurokrin regulátorokat a célsejtek közvetlen közelében lévő neuronok bocsátanak ki. Paracrine anyagok szabadulnak fel a célpontoktól kissé távolabb, de még mindig elég közel hozzájuk ahhoz, hogy elérjék a receptorokat. A parakrin anyagokat az egyik sejttípus választja ki, és egy másikra hatnak, de bizonyos esetekben a szabályozók az őket szekretáló sejtekre vagy az azonos típusú szomszédos sejtekre vonatkoznak. Ez az úgynevezett autokrin szabályozás.

Egyes esetekben a jelátvitel utolsó szakasza bizonyos effektor fehérjék foszforilációjából áll, ami aktivitásuk növekedéséhez vagy csökkenéséhez vezet, és ez határozza meg a szervezet számára szükséges sejtválaszt. A fehérjék foszforilációját hajtják végre protein kinázokés defoszforiláció - protein foszfatázok.

A protein kináz aktivitás változása egy szabályozó molekula (általános nevén ligand) membránreceptorával, amely események kaszkádjait indítja el, amelyek egy részét az ábra mutatja (2-1. ábra). A különböző protein kinázok aktivitását a receptor nem közvetlenül, hanem azon keresztül szabályozza másodlagos hírvivők(másodlagos közvetítők), akiknek szerepe pl. ciklikus AMP (cAMP), ciklikus GMP (cGMP), Ca 2+, inozitol-1,4,5-trifoszfát (IP 3)És diacilglicerin (DAG). Ebben az esetben a ligandum kötődése a membránreceptorhoz megváltoztatja a második hírvivő intracelluláris szintjét, ami viszont befolyásolja a protein kináz aktivitását. Sok szabályozó

Ezek a molekulák befolyásolják a sejtfolyamatokat azáltal, hogy jelátviteli utakon vesznek részt heterotrimer GTP-kötő fehérjék (heterotrimer G proteinek) vagy monomer GTP-kötő fehérjék (monomer G proteinek).

Amikor a ligandummolekulák a heterotrimer G-fehérjékkel kölcsönhatásba lépő membránreceptorokhoz kötődnek, a G-fehérje a GTP-hez kötődve aktív állapotba kerül. Az aktivált G-fehérje ezután sokakkal kölcsönhatásba léphet effektor fehérjék elsősorban olyan enzimek hatására, mint pl adenilát-cikláz, foszfodiészteráz, foszfolipáz C, A2És D. Ez a kölcsönhatás reakcióláncokat indít el (2-1. ábra), amelyek különböző protein-kinázok aktiválásával végződnek, mint pl. protein kináz A (PKA), protein kináz G (PKG), protein kináz C (PKI).

Általánosságban elmondható, hogy a G-fehérjéket - protein kinázokat érintő jelátviteli útvonal a következő lépéseket tartalmazza.

1. A ligandum egy receptorhoz kötődik a sejtmembránon.

2. A ligandumhoz kötött receptor a G-proteinnel kölcsönhatásba lépve aktiválja azt, az aktivált G-protein pedig megköti a GTP-t.

3. Az aktivált G-protein kölcsönhatásba lép egy vagy több alábbi vegyülettel: adenilát-cikláz, foszfodiészteráz, foszfolipázok C, A 2, D, aktiválva vagy gátolva ezeket.

4. Egy vagy több másodlagos hírvivő (pl. cAMP, cGMP, Ca 2+, IP 3 vagy DAG) intracelluláris szintje nő vagy csökken.

5. A másodlagos hírvivő koncentrációjának növekedése vagy csökkenése befolyásolja egy vagy több tőle függő proteinkináz, például cAMP-függő proteinkináz (protein-kinase A), cGMP-függő proteinkináz (PKG) aktivitását, kalmodulin-függő protein kináz(CMPC), protein kináz C. A második hírvivő koncentrációjának változása aktiválhatja egyik vagy másik ioncsatornát.

6.Egy enzim vagy ioncsatorna foszforilációjának mértéke megváltozik, ami befolyásolja az ioncsatorna aktivitását, meghatározva a sejt végső válaszát.

Rizs. 2-1. A másodlagos hírvivőknek köszönhetően néhány eseménysorozat valósul meg a cellában.

Megnevezések: * - aktivált enzim

G-fehérjéhez kapcsolt membránreceptorok

A G-fehérjék agonista-függő aktiválását közvetítő membránreceptorok egy speciális fehérjecsaládot alkotnak, több mint 500 taggal. Tartalmaz α- és β-adrenerg, muszkarin acetilkolint, szerotonint, adenozint, szaglóreceptorokat, rodopszint, valamint a legtöbb peptidhormon receptorait. A G-fehérjéhez kapcsolt receptorcsalád tagjai hét transzmembrán α-hélixet tartalmaznak (2-2. ábra A), amelyek mindegyike 22-28 túlnyomórészt hidrofób aminosav-maradékot tartalmaz.

Egyes ligandumok, például az acetilkolin, az adrenalin, a noradrenalin és a szerotonin esetében a G-proteinhez kapcsolt receptorok különböző altípusai ismertek. Gyakran különböznek a kompetitív agonistákhoz és antagonistákhoz való affinitásukban.

Az alábbiakban bemutatjuk (2-2. B ábra) az adenilát-cikláz, egy cAMP-t (az első nyitott második hírvivőt) termelő enzim molekuláris szerveződését. Az adenilát-cikláz szabályozó útvonalat a klasszikus G-fehérje által közvetített jelátviteli útvonalnak tekintik.

Az adenilát-cikláz a G-fehérjéken keresztüli jelátviteli útvonalak pozitív vagy negatív szabályozásának alapja. Pozitív kontrollban a β-adrenerg receptorokon keresztül ható stimuláló ligandum, például epinefrin kötődése heterotrimer G-fehérjék aktiválásához vezet az as típusú α-alegységgel (az „s” a stimulációt jelenti). A Gs-típusú G fehérjék ligandumhoz kötött receptor általi aktiválása azt eredményezi, hogy az as-alegysége megköti a GTP-t, majd disszociál a βγ-dimerről.

A 2-2B. ábra azt mutatja, hogy a foszfolipáz C hogyan bontja le a foszfatidil-inozitol-4,5-biszfoszfátot inozit-1,4,5-trifoszfátra és diacil-glicerinre. Mindkét anyag, az inozit-1,4,5-trifoszfát és a diacil-glicerin másodlagos hírvivő. Az IP3 az endoplazmatikus retikulum specifikus ligand-dependens Ca 2+ csatornáihoz kötődve Ca 2+-t szabadít fel belőle, azaz. növeli a Ca 2+ koncentrációját a citoszolban. A diacilglicerin a Ca 2+-mal együtt aktiválja a protein-kinázok egy másik fontos osztályát, a protein-kináz C-t.

Ezután néhány másodlagos hírvivő szerkezete látható (2-2 D-E ábra): cAMP, GMP,

cGMP.

Rizs. 2-2. Példák a jelátviteli útvonalakban részt vevő egyes struktúrák molekuláris szerveződésére.

Az A egy sejtmembránreceptor, amely a külső felületen egy ligandumot, belül pedig egy heterotrimer G-proteint köt meg. B - az adenilát-cikláz molekuláris szerveződése. B - a foszfatidil-inozitol-4,5-difoszfát és inozit-1,4,5-trifoszfát, valamint a foszfolipáz C hatására képződő diacil-glicerin szerkezete. D - a 3",5"-ciklikus AMP (protein-kinase A aktivátor) szerkezete. D - a HMF szerkezete. E - a 3",5"-ciklikus GMP (protein kinase G aktivátor) szerkezete

Heterotrimer G fehérjék

A heterotrimer G-fehérje három alegységből áll: α (40 000–45 000 Da), β (körülbelül 37 000 Da) és γ (8000–10 000 Da). Jelenleg körülbelül 20 különböző, ezeket az alegységeket kódoló gén ismeretes, köztük legalább négy β-alegység gén és körülbelül hét emlős γ-alegység gén. A G-fehérje funkcióját és specificitását általában, bár nem mindig, az α-alegység határozza meg. A legtöbb G fehérjében a β és γ alegységek szorosan kapcsolódnak egymáshoz. A táblázatban felsorolunk néhány heterotrimer G-fehérjét és a transzdukciós útvonalakat, amelyekben részt vesznek. 2-1.

A heterotrimer G fehérjék közvetítőként szolgálnak a plazmamembrán receptorok között több mint 100 extracelluláris szabályozó anyag és az általuk szabályozott intracelluláris folyamatok között. Általánosságban elmondható, hogy egy szabályozó anyagnak a receptorához való kötődése aktiválja a G-fehérjét, amely vagy aktiválja vagy gátolja az enzimet, és/vagy eseményláncot indít el, amely specifikus ioncsatornák aktiválásához vezet.

ábrán. A 2-3. ábra a heterotrimer G-fehérjék általános működési elvét mutatja be. A legtöbb G-fehérjében az α-alegység a heterotrimer G-fehérjék „munkaeleme”. A legtöbb G-fehérje aktiválása konformációs változáshoz vezet ebben az alegységben. Az inaktív G fehérjék főként αβγ heterotrimerek formájában léteznek,

a GDP-vel a nukleotidkötő pozíciókban. A heterotrimer G-fehérjék kölcsönhatása a ligandumhoz kapcsolt receptorral az α-alegység aktív formává való átalakulásához vezet, amely megnövekedett affinitással a GTP-hez és csökkent a βγ-komplexhez. Ennek eredményeként az aktivált α-alegység felszabadítja a GDP-t, megköti a GTP-t, majd disszociál a βγ-dimerről. A legtöbb G-fehérje esetében a disszociált α-alegység ezután kölcsönhatásba lép az effektor fehérjékkel a jelátviteli útvonalon. Egyes G-fehérjék esetében azonban a felszabaduló βγ-dimer felelős lehet a receptor-ligandum komplex hatásáért vagy azok egy részéért.

Egyes ioncsatornák működését a G fehérjék közvetlenül modulálják, pl. másodlagos hírnökök részvétele nélkül. Például az acetilkolinnak a szívben és egyes neuronokban lévő muszkarin M2 receptorokhoz való kötődése a K + csatornák egy speciális osztályának aktiválásához vezet. Ebben az esetben az acetilkolin kötődése a muszkarin receptorhoz a G fehérje aktiválásához vezet. Aktivált α-alegysége ezután disszociál a βγ-dimerről, és a βγ-dimer közvetlenül kölcsönhatásba lép a K+ csatornák egy speciális osztályával, és azokat nyitott állapotba hozza. Az acetilkolin muszkarin receptorokhoz való kötődése, amely növeli a szív sinoatriális csomópontjában a pacemaker sejtek K+ vezetőképességét, az egyik fő mechanizmus, amellyel a paraszimpatikus idegek szívfrekvencia-csökkenést okoznak.

Rizs. 2-3. A heterotrimer GTP-kötő fehérjék (heterotrimer G-proteinek) működési elve.

2-1. táblázat.Néhány emlős heterotrimer GTP-kötő fehérje, α-alegységeik alapján osztályozva*

* Az α-alegységek minden osztályán belül több izoforma különböztethető meg. Több mint 20 α-alegységet azonosítottak.

Monomer G fehérjék

A sejtek GTP-kötő fehérjék egy másik családját, az úgynevezett monomer GTP-kötő fehérjék. Úgy is ismerik őket Alacsony molekulatömegű G fehérjék vagy kis G fehérjék(molekulatömege 20 000-35 000 Da). A 2-2. táblázat felsorolja a monomer GTP-kötő fehérjék főbb alosztályait és néhány tulajdonságukat. A Ras-szerű és Rho-szerű monomer GTP-kötő fehérjék részt vesznek a jelátviteli folyamatban a jelátvitel szakaszában a tirozin-kináztól, a növekedési faktor receptortól az intracelluláris effektorokig. A jelátviteli útvonalak által szabályozott folyamatok, amelyekben a monomer GTP-kötő fehérjék részt vesznek, a polipeptidlánc megnyúlása a fehérjeszintézis során, a sejtek proliferációja és differenciálódása, rosszindulatú degenerációja, az aktin citoszkeleton szabályozása, a citoszkeleton közötti kommunikáció

és extracelluláris mátrix, a vezikulák szállítása különböző organellumok között és exocitotikus szekréció.

A monomer GTP-kötő fehérjék heterotrimer társaikhoz hasonlóan molekuláris kapcsolók, amelyek két formában léteznek - aktivált „be” és inaktivált „kikapcsolt” formában (2-4 B ábra). A monomer GTP-kötő fehérjék aktiválásához és inaktiválásához azonban további szabályozó fehérjékre van szükség, amelyek ismereteink szerint nem szükségesek a heterotrimer G-fehérjék működéséhez. A monomer G fehérjék aktiválódnak guanin nukleotid-felszabadító fehérjék,és inaktiválva vannak GTPáz aktiváló fehérjék.Így a monomer GTP-kötő fehérjék aktiválódását és inaktiválását az aktivitást megváltoztató jelek szabályozzák. guanin nukleotid-felszabadító fehérjék vagy GTPáz aktiváló fehérjék nem pedig a monomer G-fehérjék közvetlen megcélzásával.

Rizs. 2-4. A monomer GTP-kötő fehérjék (monomer G-proteinek) működési elve.

táblázat 2-2.A monomer GTP-kötő fehérjék alcsaládjai és néhány általuk szabályozott intracelluláris folyamat

Heterotrimer G-fehérjék működési mechanizmusa

Az inaktív G-fehérjék elsősorban αβγ heterotrimerek formájában léteznek, a GDP-vel a nukleotid-kötő pozíciójukban (2-5. ábra). A heterotrimer G-fehérjék kölcsönhatása a ligandumhoz kötődő receptorral az α-alegység aktív formává történő átalakulásához vezet, amelynek megnövekedett affinitása a GTP-hez és csökkent a βγ-komplexhez (2-5. B ábra). ). A legtöbb heterotrimer G-fehérjében az α-alegység az a szerkezet, amely az információt továbbítja. A legtöbb G fehérje aktiválása az α alegység konformációs változásához vezet.

Ennek eredményeként az aktivált α-alegység felszabadítja a GDP-t, hozzákapcsolja a GTP-t (2-5 B ábra), majd disszociál a βγ-dimerről (2-5 D ábra). A legtöbb G-fehérjében a disszociált α-alegység azonnal kölcsönhatásba lép az effektor fehérjékkel (E 1) a jelátviteli útvonalon (2-5. ábra). Egyes G-fehérjék esetében azonban a felszabaduló βγ-dimer felelős lehet a receptor-ligandum komplex hatásáért vagy azok egy részéért. A βγ-dimer ezután kölcsönhatásba lép az E 2 effektor fehérjével (2-5 E. ábra). Az RGS G fehérjecsalád tagjairól kimutatták továbbá, hogy stimulálják a GTP hidrolízist (2-5. E ábra). Ez inaktiválja az α alegységet, és az összes alegységet αβγ heterotrimerré egyesíti.

Rizs. 2-5. Egy heterotrimer G fehérje működési ciklusa, amely segítségével további eseményláncot indít elα - alegységek.

Megnevezések: R - receptor, L - ligand, E - effektor fehérje

Jelátviteli útvonalak heterotrimer G-fehérjéken keresztül

A 2-6A. ábra a három ligandumot, a különböző G-fehérjékhez kapcsolt receptoraikat és molekuláris célpontjaikat mutatja be. Az adenilát-cikláz az alapja a G-fehérjék által közvetített jelátviteli utak pozitív vagy negatív szabályozásának. Pozitív kontrollban a β-adrenerg receptorokon keresztül ható stimuláló ligandum, például a noradrenalin kötődése heterotrimer G-fehérjék aktiválásához vezet az αS típusú α alegységekkel (az „s” a stimulációt jelenti). Ezért az ilyen G-fehérjét G S-típusú G-fehérjének nevezik. A G s típusú G fehérjék ligandumhoz kötött receptor általi aktiválása azt eredményezi, hogy α s alegysége megköti a GTP-t, majd disszociál a βγ dimerről.

Más szabályozó anyagok, mint például az α 2 receptorokon keresztül ható epinefrin vagy az α 1 receptorokon keresztül ható adenozin, vagy a D 2 receptorokon keresztül ható dopamin részt vesznek az adenilát cikláz negatív vagy gátló szabályozásában. Ezek a szabályozó anyagok aktiválják a G i típusú G fehérjéket, amelyek α i típusú α alegységet tartalmaznak (az „i” gátlást jelent). Egy gátló ligandum kötődése ahhoz

a receptor aktiválja a G i -típusú G-fehérjéket, és ennek α i -alegységének disszociációját okozza a βγ-dimerről. Az aktivált αi alegység az adenilát-ciklázhoz kötődik, és elnyomja annak aktivitását. Ezenkívül a βγ dimerek megköthetik a szabad α s alegységeket. Ily módon a βγ-dimerek kötődése a szabad αs-alegységhez tovább gátolja az adenilát-cikláz stimulációját, blokkolva a stimuláló ligandumok működését.

Az extracelluláris agonisták egy másik osztálya (2-6 A. ábra) olyan receptorokhoz kötődik, amelyek a G q nevű G-fehérjén keresztül aktiválják a foszfolipáz C β-izoformáját. Hasítja a foszfatidil-inozitol-4,5-biszfoszfátot (egy kis mennyiségben jelenlévő foszfolipidet). a plazmamembránban) inozit 1,4,5-trifoszfáttá és diacilglicerinné, amelyek másodlagos hírvivők. Az IP 3 az endoplazmatikus retikulum specifikus ligand-dependens Ca 2+ csatornáihoz kötődve Ca 2+-t szabadít fel belőle, i.e. növeli a Ca 2+ koncentrációját a citoszolban. Az endoplazmatikus retikulum Ca 2+ csatornái részt vesznek az elektromechanikus kapcsolódásban a váz- és szívizomban. A diacilglicerin a Ca 2+-mal együtt aktiválja a protein kináz C-t. Szubsztrátjai közé tartoznak például a sejtosztódás szabályozásában részt vevő fehérjék.

Rizs. 2-6. Példák a heterotrimer G-fehérjéken keresztüli jelátviteli útvonalakra.

A - A három példában egy neurotranszmitter kötődése egy receptorhoz a G-fehérje aktiválásához, majd a második hírvivő útvonalak aktiválásához vezet. A G s , G q és G i három különböző típusú heterotrimer G fehérjét jelöl. B - a sejtfehérjék foszforilációval történő szabályozása aktivitásuk növekedéséhez vagy csökkenéséhez vezet, és ez viszont meghatározza a szervezet számára szükséges sejtes reakciót. A fehérje foszforilációját a protein kinázok, a defoszforilációt pedig a protein foszfatázok végzik. A protein-kináz egy foszfátcsoportot (Pi) visz át az ATP-ről a fehérjék szerin-, treonin- vagy tirozin-maradékaira. Ez a foszforiláció reverzibilisen megváltoztatja a sejtfehérjék szerkezetét és működését. Mindkét típusú enzimet, a kinázokat és a foszfatázokat különböző intracelluláris másodlagos hírvivők szabályozzák.

Az intracelluláris protein kinázok aktiválásának módjai

A heterotrimer G-fehérjék kölcsönhatása a ligandumhoz kötődő receptorral az α-alegység átalakulásához vezet, amely aktív formává alakul, amely fokozott affinitást mutat a GTP-hez és csökkent a βγ-komplexhez. A legtöbb G fehérje aktiválása konformációs változást eredményez az α alegységben, ami felszabadítja a GDP-t, megköti a GTP-t, majd disszociál a βγ dimerről. A disszociált α-alegység ezután kölcsönhatásba lép az effektor fehérjékkel a jelátviteli útvonalon.

A 2-7A. ábra a heterotrimer Gs-típusú G-fehérjék aktiválódását mutatja be az αs-típusú α-alegységgel, ami a receptor ligandumhoz való kötődés miatt következik be, és a Gs-típusú G-fehérjék αs-alegységéhez vezet. GTP, majd disszociál a βγ-dimerről, majd kölcsönhatásba lép vele adenilát-cikláz. Ez a cAMP-szint növekedéséhez és a PKA aktiválásához vezet.

A 2-7B ábra a heterotrimer Gt-típusú G-fehérjék αt-típusú α-alegységgel történő aktiválódását mutatja be, ami a receptor ligandumhoz való kötődés miatt következik be, és arra vezet, hogy a Gt-típusú αt-alegység A G fehérjék aktiválódnak, majd disszociálnak a βγ-dimerről, majd kölcsönhatásba lépnek foszfodiészteráz. Ez a cGMP-szint növekedéséhez és a PKG aktiválásához vezet.

Az α 1 katekolamin receptor kölcsönhatásba lép a G αq alegységgel, amely aktiválja a foszfolipáz C-t. A 2-7B. ábra a G αq típusú heterotrimer G fehérjék aktiválódását mutatja be az α q típusú α alegységgel, ami a kötődés következtében következik be. A ligandum a receptorhoz vezet, és ahhoz vezet, hogy a G-fehérjék G αq-típusú αq-alegysége aktiválódik, majd disszociál a βγ-dimerről, majd kölcsönhatásba lép foszfolipáz C. A foszfatidil-inozitol-4,5-difoszfátot IP 3-ra és DAG-ra hasítja. Ez az IP 3 és a DAG szintek növekedését eredményezi. IP 3, kötődik az endoplazmatikus retikulum specifikus ligand-függő Ca 2+ csatornáihoz,

Ca 2+-t szabadít fel belőle. A DAG a protein kináz C aktiválását okozza. Egy nem stimulált sejtben ennek az enzimnek jelentős mennyisége inaktív formában van a citoszolban. A Ca 2+ hatására a protein kináz C a plazmamembrán belső felületéhez kötődik. Itt az enzim aktiválható diacil-glicerinnel, amely a foszfatidil-inozitol-4,5-biszfoszfát hidrolízisével képződik. A membrán-foszfatidil-szerin a protein-kináz C aktivátora is lehet, ha az enzim a membránban található.

A protein kináz C körülbelül 10 izoformáját írták le, bár ezek egy része számos emlős sejtben megtalálható, a γ és ε altípusok főleg a központi idegrendszer sejtjeiben találhatók meg. A protein-kináz C altípusai nemcsak a szervezetben való eloszlásukban különböznek egymástól, hanem nyilvánvalóan az aktivitásukat szabályozó mechanizmusokban is. Egy részük a nem stimulált sejtekben a plazmamembránhoz kapcsolódik, pl. aktiválásához nem szükséges a Ca 2+ -koncentráció növelése. A protein-kináz C egyes izoformáit arachidonsav vagy más telítetlen zsírsavak aktiválják.

A protein kináz C kezdeti átmeneti aktivációja diacilglicerin hatására megy végbe, amely a foszfolipáz C β aktiválásakor szabadul fel, valamint az intracelluláris raktárakból IP 3 által felszabaduló Ca 2+ hatására. A protein kináz C hosszan tartó aktiválását a receptorfüggő foszfolipázok A2 és D váltják ki. Ezek elsősorban a foszfatidilkolinra, a fő membránfoszfolipidre hatnak. A foszfolipáz A 2 elválasztja tőle a második pozícióban lévő zsírsavat (általában telítetlen) és a lizofoszfatidilkolint. Mindkét termék aktiválja a protein kináz C bizonyos izoformáit. A receptorfüggő foszfolipáz D lebontja a foszfatidilkolint, így foszfatidsav és kolin képződik. A foszfatidsav tovább hasad diacilglicerinné, amely részt vesz a protein-kináz C hosszú távú stimulálásában.

Rizs. 2-7. A protein kináz A, protein kinase G és protein kinase C aktiválásának alapelvei.

Megnevezések: R - receptor, L - ligand

cAMP-függő protein kináz (protein kinase A) és a kapcsolódó jelátviteli útvonalak

cAMP hiányában a cAMP-függő protein kináz (protein kinase A) négy alegységből áll: két szabályozó és két katalitikus alegységből. A legtöbb sejttípusban a katalitikus alegység azonos, a szabályozó alegységek pedig erősen specifikusak. A szabályozó alegységek jelenléte szinte teljesen elnyomja a komplex enzimaktivitását. Így a cAMP-függő protein kináz enzimaktivitás aktiválásának magában kell foglalnia a szabályozó alegységek disszociációját a komplexből.

Az aktiválás mikromoláris koncentrációjú cAMP jelenlétében történik. Mindegyik szabályozó alegység két molekuláját köti meg. A cAMP kötődése konformációs változásokat indukál a szabályozó alegységekben, és csökkenti a katalitikus alegységekkel való kölcsönhatásuk affinitását. Ennek eredményeként a szabályozó alegységek elkülönülnek a katalitikus alegységektől, és a katalitikus alegységek aktiválódnak. Az aktív katalitikus alegység foszforilezi a célfehérjéket specifikus szerin- és treoninmaradékokon.

A cAMP-dependens és más típusú protein kinázok aminosavszekvenciájának összehasonlítása azt mutatja, hogy a szabályozó tulajdonságaikban mutatkozó erős különbségek ellenére ezek az enzimek nagymértékben homológok a középső rész elsődleges szerkezetében. Ez a rész tartalmazza az ATP-kötő domént és az enzim aktív helyét, amely biztosítja a foszfát átvitelét az ATP-ből az akceptor fehérjébe. A fehérje ezen katalitikus középső szakaszán túli kináz régiók részt vesznek a kináz aktivitás szabályozásában.

Meghatározták a cAMP-függő protein kináz katalitikus alegységének kristályszerkezetét is. A molekula katalitikus középső része, amely az összes ismert proteinkinázban jelen van, két részből áll. A kisebb rész egy szokatlan ATP-kötő helyet, a nagyobb rész pedig egy peptidkötő helyet tartalmaz. Számos protein-kináz tartalmaz egy szabályozó régiót is, amelyet ún pszeudosubsztrát tartomány. Aminosav-szekvenciáját tekintve a szubsztrátfehérjék foszforilálható régióira hasonlít. A pszeudosubsztrát domén a protein kináz aktív helyéhez kötődve gátolja a protein kináz valódi szubsztrátjainak foszforilációját. A kinázaktiválás magában foglalhatja a protein-kináz foszforilációját vagy nem kovalens alloszterikus módosítását, hogy megszüntesse a pszeudosubsztrát domén gátló hatását.

Rizs. 2-8. cAMP-függő protein kináz A és célpontjai.

Amikor az epinefrin a megfelelő receptorához kötődik, az α s alegység aktiválása serkenti az adenilát-ciklázt, hogy növelje a cAMP szintjét. A cAMP aktiválja a protein-kináz A-t, amelynek a foszforiláció révén három fő hatása van. (1) A protein-kináz A aktiválja a glikogén-foszforiláz-kinázt, amely foszforilálja és aktiválja a glikogén-foszforilázt. (2) A protein-kináz A inaktiválja a glikogén-szintázt, és így csökkenti a glikogénképződést. (3) A protein-kináz A aktiválja a foszfoprotein-foszfatáz inhibitor-1-et, és ezáltal gátolja a foszfatázt. Az általános hatás a glükózszint változásának összehangolása.

Megnevezések: UDP-glükóz - uridin-difoszfát-glükóz

Az adenilát-cikláz aktivitásának hormonális szabályozása

A 2-9A. ábra az adenilát-cikláz hormon által kiváltott stimulációjának és gátlásának elvi mechanizmusát mutatja. Egy ligandum kölcsönhatása egy αs típusú α-alegységhez kapcsolódó receptorral (stimuláló) az adenilát-cikláz aktiválódását okozza, míg a ligandum kölcsönhatása egy αi típusú α-alegységhez kapcsolódó receptorral (gátló) a az enzim. A G βγ alegység mind a stimuláló, mind a gátló G fehérjékben azonos. A G α alegységek és receptorok eltérőek. Az aktív G α GTP komplexek ligandum által stimulált képződése ugyanazon mechanizmusokon keresztül megy végbe mind a G αs, mind a G αi fehérjékben. A G αs GTP és a G αi GTP azonban eltérően lép kölcsönhatásba az adenilát-ciklázzal. Az egyik (G αs GTP) stimulálja, a másik G αi GTP) gátolja katalitikus aktivitását.

A 2-9B. ábra az adenilát-cikláz bizonyos hormonok által indukált aktiválásának és gátlásának mechanizmusát mutatja be. A β 1 -, β 2 - és D 1 -receptorok kölcsönhatásba lépnek az alegységekkel, amelyek aktiválják az adenilát ciklázt és növelik a cAMP szintjét. Az α 2 és D 2 receptorok kölcsönhatásba lépnek a G αi alegységekkel, amelyek gátolják az adenilát ciklázt. (Ami az α 1 receptort illeti, kölcsönhatásba lép a G alegységgel, ami aktiválja a foszfolipáz C-t.) Tekintsük az ábrán bemutatott példák egyikét. Az epinefrin a β 1 ​​receptorhoz kötődik, ami a G αs fehérje aktiválásához vezet, ami stimulálja az adenilát ciklázt. Ez az intracelluláris cAMP-szint növekedéséhez vezet, és ezáltal fokozza a PKA aktivitását. Másrészt a noradrenalin kötődik az α 2 receptorhoz, ami a G αi fehérje aktiválásához vezet, ami gátolja az adenilát ciklázt és ezáltal csökkenti a cAMP intracelluláris szintjét, csökkentve a PKA aktivitást.

Rizs. 2-9. Ligand (hormon) által kiváltott adenilát-cikláz aktiválása és gátlása.

A az alapvető mechanizmus. B - bizonyos hormonokkal kapcsolatos mechanizmus

Protein kináz C és a kapcsolódó jelátviteli útvonalak

Az α 1 receptor kölcsönhatásba lép a G fehérje G αq alegységével, amely aktiválja a foszfolipáz C-t. A foszfolipáz C a foszfatidil-inozitol 4,5-difoszfátot IP 3-ra és DAG-ra hasítja. Az IP 3 az endoplazmatikus retikulum specifikus ligand-dependens Ca 2+ csatornáihoz kötődve Ca 2+-t szabadít fel belőle, i.e. növeli a Ca 2+ koncentrációját a citoszolban. A DAG aktiválja a protein kináz C-t. Nem stimulált sejtben ez az enzim inaktív a citoszolban

forma. Ha a citoszol Ca 2+ szint megemelkedik, a Ca 2+ kölcsönhatásba lép a protein kináz C-vel, ami a protein kináz C kötődéséhez vezet a sejtmembrán belső felületéhez. Ebben a helyzetben az enzimet a foszfatidil-inozitol-4,5-difoszfát hidrolízise során képződő diacil-glicerin aktiválja. A membrán-foszfatidil-szerin a protein-kináz C aktivátora is lehet, ha az enzim a membránban található.

A 2-3. táblázat felsorolja az emlős protein kináz C izoformáit és ezen izoformák tulajdonságait.

táblázat 2-3.Az emlős protein kináz C izoformáinak tulajdonságai

DAG - diacil-glicerin; PS - foszfatidil-szerin; FFA - cisz-telítetlen zsírsavak; LPC – lizofoszfatidilkolin.

Rizs. 2-10. Diacilglicerin/inozitol 1,4,5-trifoszfát jelátviteli útvonalak

Foszfolipázok és kapcsolódó jelátviteli útvonalak az arachidonsav példájával

Egyes agonisták a G-fehérjéken keresztül aktiválódnak foszfolipáz A2, amely a membrán foszfolipidejére hat. Reakcióik termékei aktiválhatják a protein-kináz C-t. A foszfolipáz A2 különösen a második pozícióban található zsírsavat választja el a foszfolipidektől. Tekintettel arra, hogy egyes foszfolipidek ezen a helyen a foszfolipáz A 2 által okozott arachidonsavat tartalmaznak, ezeknek a foszfolipideknek a lebontása során jelentős mennyiség szabadul fel.

Az arachidonsav fent leírt, foszfolipáz A2-vel kapcsolatos jelátviteli útvonalát közvetlennek nevezzük. Az arachidonsav aktiválásának közvetett útja a foszfolipáz C β-hoz kapcsolódik.

Az arachidonsav maga egy effektor molekula, és emellett az intracelluláris szintézis prekurzoraként is szolgál prosztaglandinok, prosztaciklinek, tromboxánokÉs leukotriének- a szabályozó molekulák fontos osztályai. Az arachidonsav a diacil-glicerinek bomlástermékeiből is képződik.

A prosztaglandinokat, prosztaciklineket és tromboxánokat arachidonsavból szintetizálják ciklooxigenáz-függő út,és leukotriének - lipoxigenáz-függő út. A glükokortikoidok egyik gyulladáscsökkentő hatása éppen a foszfolipáz A 2 gátlása, amely a foszfolipidekből arachidonsavat szabadít fel. Az acetilszalicilsav (aszpirin ) és más nem szteroid gyulladáscsökkentő szerek gátolják az arachidonsav ciklooxigenáz általi oxidációját.

Rizs. 2-11. Az arachidonsav jelátviteli útvonalai.

Megnevezések: PG - prosztaglandin, LH - leukotrién, GPETE - hidroperoxieikózatetraenoát, GETE - hidroxiikozatetraenoát, EPR - endoplazmatikus retikulum

Kalmodulin: szerkezet és funkciók

Számos létfontosságú sejtfolyamatot, köztük a neurotranszmitterek felszabadulását, a hormonszekréciót és az izomösszehúzódást szabályozzák a citoszol Ca 2+ -szintek. Ez az ion az egyik módja annak, hogy befolyásolja a sejtfolyamatokat a kalmodulinhoz való kötődése.

Kalmodulin- 16 700 molekulatömegű fehérje (2-12 A ábra). Minden sejtben jelen van, esetenként a teljes fehérjetartalmuk 1%-át teszi ki. A kalmodulin négy kalciumiont köt meg (2-12. B és C ábra), majd ez a komplex szabályozza a különféle intracelluláris fehérjék aktivitását, amelyek közül sok nem protein kináz.

A kalmodulinnal alkotott Ca 2+ komplex aktiválja a kalmodulin-függő protein kinázokat is. A specifikus kalmodulin-dependens protein kinázok specifikus effektor fehérjéket foszforilálnak, mint például a miozin szabályozó könnyű láncokat, a foszforilázt és a II. elongációs faktort. A multifunkcionális kalmodulin-dependens protein kinázok számos nukleáris, citoszkeletális vagy membránfehérjét foszforilálnak. Egyes kalmodulin-függő protein kinázok, mint pl

A miozin könnyű lánc és a foszforiláz kináz csak egy sejtszubsztrátra hat, míg mások multifunkcionálisak és egynél több szubsztrát fehérjét foszforilálnak.

A kalmodulin-függő protein kináz II az idegrendszer egyik fő fehérje. Az agy egyes területein a teljes fehérje 2%-át teszi ki. Ez a kináz részt vesz abban a mechanizmusban, amelyben a Ca 2+ koncentrációjának növekedése az idegvégződésben exocitózissal neurotranszmitter felszabadulását idézi elő. Fő szubsztrátja egy fehérje, az ún szinapzin I, idegvégződésekben van jelen, és a szinaptikus vezikulák külső felületéhez kötődik. Amikor a szinapzin I vezikulákhoz kötődik, megakadályozza az exocitózist. A szinapzin I foszforilációja azt eredményezi, hogy elválik a hólyagoktól, lehetővé téve számukra, hogy exocitózissal neurotranszmittert szabadítanak fel a szinaptikus hasadékba.

A miozin könnyűlánc-kináz fontos szerepet játszik a simaizom-összehúzódás szabályozásában. A citoszol Ca 2+ koncentrációjának növekedése a simaizomsejtekben aktiválja a miozin könnyű lánc kinázt. A miozin szabályozó könnyű láncok foszforilációja a simaizomsejtek elhúzódó összehúzódásához vezet.

Rizs. 2-12. Kalmodulin.

A - kalmodulin kalcium nélkül. B - kalcium kötődés a kalmodulinhoz és a peptid célponthoz. B - csatlakozási séma.

Megnevezések: EF - A kalmodulin Ca 2+ -kötő doménjei

Belső enzimaktivitású receptorok (katalitikus receptorok)

A hormonok és növekedési faktorok olyan sejtfelszíni fehérjékhez kötődnek, amelyek a membrán citoplazmatikus oldalán enzimaktivitással rendelkeznek. A 2-13. ábra a katalitikus receptorok öt osztályát mutatja.

A transzmembrán egyik tipikus példája guanilát-cikláz aktivitással rendelkező receptorok, pitvari natriuretikus peptid (ANP) receptor. Az a membránreceptor, amelyhez az ANP kötődik, független a vizsgált jelátviteli rendszerektől. Fentebb leírtuk az extracelluláris agonisták hatását, amelyek a membránreceptorokhoz kötődve a G s fehérjéken keresztül vagy aktiválják az adenilát ciklázt, vagy G i -n keresztül gátolják azt. Az ANP membránreceptorai azért érdekesek, mert maguk a receptorok guanilát-cikláz aktivitással rendelkeznek, amelyet az ANP receptorhoz való kötődése stimulál.

Az ANP receptorok extracelluláris ANP-kötő doménnel, egyetlen transzmembrán hélixtel és intracelluláris guanilát cikláz doménnel rendelkeznek. Az ANP receptorhoz való kötődése növeli az intracelluláris cGMP szintet, ami stimulálja a cGMP-függő protein kinázt. A cAMP-dependens protein kinázzal ellentétben, amelynek szabályozó és katalitikus alegységei vannak, a cGMP-függő protein kináz szabályozó és katalitikus doménje ugyanazon a polipeptidláncon található. A cGMP-függő kináz ezután foszforilálja az intracelluláris fehérjéket, ami különféle sejtválaszokhoz vezet.

Szerin-treonin kináz aktivitással rendelkező receptorok a fehérjéket csak a szerin és/vagy treonin oldalláncainál foszforilálja.

A nem G-fehérjéhez kapcsolt membránreceptorok egy másik családja olyan fehérjékből áll, amelyek belső tirozin-protein kináz aktivitással rendelkeznek. Receptorok saját tirozin-protein kináz aktivitásával csak glikozilált extracelluláris doménnel rendelkező fehérjék

transzmembrán régió és intracelluláris domén tirozin-protein kináz aktivitással. Agonistát kötni hozzájuk, pl. idegnövekedési faktor (NGF), serkenti a tirozin-protein kináz aktivitást, amely specifikus effektor fehérjéket foszforilál bizonyos tirozin maradékoknál. A legtöbb növekedési faktor receptor dimerizálódik, amikor az NGF kötődik hozzájuk. A receptor dimerizációja az, ami a tirozin protein kináz aktivitásának megjelenéséhez vezet. Az aktivált receptorok gyakran foszforilálják magukat, amit autofoszforilációnak neveznek.

A szupercsaládba peptid receptorok inzulinreceptorokat tartalmaznak. Ezek is tirozin protein kinázok. Az inzulinreceptor-családba tartozó receptorok alosztályában a kötetlen receptor diszulfidhoz kötött dimerként létezik. Az inzulinnal való kölcsönhatás mindkét monomerben konformációs változásokhoz vezet, ami fokozza az inzulinkötést, aktiválja a receptor tirozin kinázt és a receptor fokozott autofoszforilációjához vezet.

Egy hormon vagy növekedési faktor kötődése a receptorához számos sejtválaszt vált ki, beleértve a Ca 2+ bejutását a citoplazmába, a fokozott Na + /H + metabolizmust, az aminosav- és cukorfelvétel stimulálását, a foszfolipáz C β és foszfatidil-inozitol-difoszfát hidrolízise.

Receptorok növekedési hormon, prolaktinÉs eritropoetin, akárcsak a receptorok interferonés sok citokinek, közvetlenül nem szolgálnak protein kinázként. Az aktiválás után azonban ezek a receptorok jelátviteli komplexeket képeznek az intracelluláris tirozin-protein kinázokkal, amelyek kiváltják intracelluláris hatásukat. Éppen ezért nem valódi receptorok, amelyek saját tirozin-protein kináz aktivitással rendelkeznek, hanem egyszerűen kötődnek hozzájuk.

A szerkezet alapján feltételezhető, hogy transzmembrán tirozin protein foszfatázok receptorok is, és tirozin-protein-foszfatáz aktivitásukat az extracelluláris ligandumok modulálják.

Rizs. 2-13. Katalitikus receptorok.

A - guanil-cikláz receptor, B - szerin-treonin kináz aktivitással rendelkező receptor, B - saját tirozin-protein kináz aktivitással rendelkező receptor, D - tirozin-protein kináz aktivitással kapcsolatos receptorok

Receptor-asszociált protein tirozin kinázok az interferon receptorok példájával

Az interferon receptorok nem közvetlenül protein kinázok. Aktiválásuk után ezek a receptorok jelátviteli komplexeket képeznek az intracelluláris tirozin-protein kinázokkal, amelyek kiváltják intracelluláris hatásukat. Azaz nem valódi receptorok, amelyek saját tirozin-protein kináz aktivitással rendelkeznek, hanem egyszerűen kötődnek hozzájuk, az úgynevezett receptorokhoz. receptor-asszociált (receptorfüggő) tirozin-protein kinázok.

Azok a mechanizmusok, amelyek révén ezek a receptorok kifejtik hatásukat, akkor indulnak el, amikor egy hormon a receptorhoz kötődik, ami dimerizálódik. A receptor dimer egy vagy több tagot köt Janus- protein tirozin kinázok családja (JAK). JAK akkor át

foszforilezik egymást, valamint a receptort. A jelátalakítók és a transzkripciós aktivátorok (STAT) család tagjai a receptoron és a JAK komplexen foszforilált doméneket kötnek. A STAT fehérjéket JAK kinázok foszforilálják, majd disszociálják a jelátviteli komplexből. A foszforilált STAT fehérjék végül dimereket képeznek, amelyek a sejtmagba költöznek, hogy aktiválják bizonyos gének transzkripcióját.

A receptorok specifitása az egyes hormonokra részben a JAK vagy STAT családtagok specifitásától függ, amelyek egyesülve alkotják a jelátviteli komplexet. Egyes esetekben a jelátviteli komplex aktiválja a MAP (mitogen-activating protein) kináz kaszkádot is a receptor tirozin kinázok által használt adapterfehérjéken keresztül. A receptor tirozin-kináz ligandum válaszok egy része a JAK és STAT útvonalakat is magában foglalja.

Rizs. 2-14. Példa a protein tirozin kináz aktivitással kapcsolatos katalitikus receptorokra. α-aktivált receptor -interferon (A) ésγ - interferon (B)

Ras-szerű monomer G fehérjék és közvetített transzdukciós útvonalaik

Egy ligandum, például egy növekedési faktor, egy saját protein tirozin kináz aktivitással rendelkező receptorhoz kötődik, ami egy 10 lépésből álló folyamatban fokozott transzkripciót eredményez. Ras-szerű monomer GTP-kötő fehérjék részt vesznek a jelátviteli folyamatban a jelátvitel szakaszában a saját tirozin-protein kináz aktivitással rendelkező receptoroktól (például növekedési faktor receptorok) az intracelluláris effektorokig. A monomer GTP-kötő fehérjék aktiválásához és inaktiválásához további szabályozó fehérjékre van szükség. A monomer G fehérjéket a guanin nukleotid felszabadító fehérjék (GNRP) aktiválják, és a GTPase activating proteins (GAP) inaktiválják.

A Ras családba tartozó monomer GTP-kötő fehérjék a mitogén ligandumok és tirozin-protein kináz receptoraik kötődését közvetítik, ami sejtproliferációhoz vezető intracelluláris folyamatokat indít el. Amikor a Ras fehérjék inaktívak, a sejtek nem reagálnak a tirozin kináz receptorokon keresztül ható növekedési faktorokra.

A Ras aktiválása jelátviteli útvonalat indít el, ami végső soron bizonyos sejtnövekedést elősegítő gének transzkripciójához vezet. A MAP kináz (MAPK) kaszkád részt vesz a Ras aktivációra adott válaszokban. A protein-kináz C a MAP kináz kaszkádot is aktiválja. Így a MAP kináz kaszkád fontos konvergenciapontnak tűnik a sejtproliferációt indukáló különféle hatások szempontjából. Ezenkívül keresztezés van a protein-kináz C és a tirozin-kinázok között. Például a foszfolipáz C y-izoformája aktiválódik az aktivált Ras fehérjéhez való kötődéssel. Ez az aktiválás a protein-kináz C-be kerül a foszfolipid hidrolízis stimulálása során.

A 2-15. ábra egy 10 fokozatból álló mechanizmust mutat be.

1. A ligandumkötés a receptor dimerizációjához vezet.

2. Az aktivált protein tirozin kináz (RTK) önmagát foszforilálja.

3. A GRB 2 (növekedési faktor receptorhoz kötött protein-2), egy SH 2 tartalmú fehérje, felismeri az aktivált receptoron lévő foszfotirozint.

4. A GRB 2 összekapcsolása tartalmazza az SOS-t (hétnélküli fia) guanin nukleotidcsere fehérje.

5.SOS aktiválja a Ras-t azáltal, hogy a GDP helyett GTP-t hoz létre Ras-on.

6.Az aktív Ras-GTP komplex más fehérjéket aktivál azáltal, hogy fizikailag beépíti azokat a plazmamembránba. Az aktív Ras-GTP komplex kölcsönhatásba lép a Raf-1 szerin-treonin kináz (más néven mitogén-aktiváló fehérje, MAP) N-terminális részével. atommag.

7. A Raf-1 foszforilálja és aktiválja a MEK nevű protein kinázt, amely MAP kináz kináz (MAPKK) néven ismert. A MEK egy többfunkciós protein kináz, amely foszforilezi a tirozin és a szerin/treonin szubsztrátokat.

8. A MEK foszforilálja a MAP kinázt (MAPK), amelyet szintén az extracelluláris szignál szabályozó kináz (ERK 1, ERK 2) vált ki. A MAPK aktiválásához kettős foszforiláció szükséges a szomszédos szerin és tirozin maradékokon.

9. A MAPK kritikus effektormolekulaként szolgál a Ras-függő jelátvitelben, mivel mitogén stimulációt követően számos sejtfehérjét foszforilál.

10.Az aktivált MAPK a sejtmagba transzlokálódik, ahol foszforilálja a transzkripciós faktort. Általában az aktivált Ras aktiválja a MAP-ot

azzal, hogy kapcsolatba lép vele. Ez a kaszkád a MAP kináz foszforilációját és aktiválását eredményezi, amely viszont foszforilálja a transzkripciós faktorokat, fehérje szubsztrátokat és más protein kinázokat, amelyek fontosak a sejtosztódáshoz és más válaszokhoz. A Ras aktiválása attól függ, hogy az adapterfehérjék a növekedési faktor által aktivált receptorokon lévő foszfotirozin doménokhoz kötődnek. Ezek az adapterfehérjék a GNRF-hez (guanin nucleotide exchange protein) kötődnek és aktiválják, amely aktiválja a Ras-t.

Rizs. 2-15. A Ras-szerű monomer G fehérjék transzkripciójának szabályozása, amelyet egy saját tirozin-protein kináz aktivitással rendelkező receptor vált ki

A cAMP-függő DNS elem interakciós fehérje (CREB) transzkripciójának szabályozása

A CREB, egy széles körben elterjedt transzkripciós faktor, általában a DNS CRE-nek nevezett régiójához kapcsolódik. (cAMP válaszelem). Stimuláció hiányában a CREB defoszforilálódik, és nincs hatással a transzkripcióra. Számos jelátviteli út a kinázok aktiválásán keresztül (például PKA, Ca 2+ /calmodulin kinase IV, MAP kináz) vezet a CREB foszforilációjához. A foszforilált CREB kötődik C.B.P.(CREB-kötő fehérje- CREB-kötő fehérje), amely transzkripciót stimuláló doménnel rendelkezik. Ezzel párhuzamosan a foszforiláció aktiválja a PP1-et

(foszfoprotein-foszfatáz 1), amely defoszforilálja a CREB-t, ami a transzkripció leállását eredményezi.

Kimutatták, hogy a CREB által közvetített mechanizmus aktiválása fontos a magasabb kognitív funkciók, például a tanulás és a memória megvalósításához.

A 2-15. ábra a cAMP-függő PKA szerkezetét is mutatja, amely cAMP hiányában négy alegységből áll: két szabályozó és két katalitikus alegységből. A szabályozó alegységek jelenléte elnyomja a komplex enzimaktivitását. A cAMP kötődése konformációs változásokat indukál a szabályozó alegységekben, ami a szabályozó alegységek elválasztását eredményezi a katalitikus alegységektől. A katalitikus PKA belép a sejtmagba, és elindítja a fent leírt folyamatot.

Rizs. 2-16. A géntranszkripció szabályozása CREB által (cAMP válaszelem-kötő fehérje) a ciklikus adenozin-monofoszfát szintjének növekedése révén

Rövid leírás:

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

4. MODUL: A BIOLÓGIAI MEMBRÁNOK FELÉPÍTÉSE 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 FELÉPÍTÉSE ÉS ÖSSZETÉTELE

Minden sejtet és intracelluláris organellumát membránok vesznek körül, amelyek fontos szerepet játszanak szerkezeti szerveződésében és működésében. Az összes membrán felépítésének alapelvei ugyanazok. A plazmamembránnak, valamint az endoplazmatikus retikulumnak, a Golgi-apparátusnak, a mitokondriumnak és a sejtmagnak azonban jelentős szerkezeti jellemzői vannak, összetételükben és az általuk ellátott funkciók jellegében is 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 – beleértve a receptorokat, enzimeket és transzportrendszereket – 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, és a hidrofil csoportok – poláris „fejek” – 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. R1, R2 - 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 lipid-peroxidáció okoz, a koleszterin aránya megnő a membránokban.

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, az egyik vagy másik lipid tartalmát nyilvánvalóan meghatározza, hogy ezek a molekulák milyen sokféle funkciót töltenek be a membránokban.

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 kettősréteggel 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 - „rögzítve” 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 kialakulását biztosító sejtközi 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 koncentráció gradiens ellenében történik ATP energia felhasználásával, transzport ATPázok 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 peptidhormonok, 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 kalciumionok koncentrációjának megváltoztatása szabályozza a sejtek citoplazmájában.

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 GTP-kötő fehérje, amely α, βγ alegységekből áll, 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 mutat, 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 arra, hogy újra aktiválódjon, amikor a hormon kölcsönhatásba lép a receptorral. Ez biztosítja, hogy a vér hormontartalma megfeleljen a célsejtek válaszának intenzitásának.

3. Az adenilát cikláz rendszer részvétele a génexpresszió szabályozásában. Számos fehérjehormon: glukagon, vazopresszin, mellékpajzsmirigyhormon stb., amelyek az adenilát-cikláz rendszeren keresztül továbbítják a jelüket, 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) egy specifikus szekvenciájához, és serkenti bizonyos fehérjék gének expresszióját.

A szintetizált fehérjék lehetnek enzimek, amelyek számának növekedése növeli 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 Gf ls-GDP-hez való kapcsolódása csökkenti az af l-alegység affinitását a GDP-hez 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 - GTP-vel és foszfolipáz C-vel komplexben lévő alegység 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 receptort 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.

Ezen fehérjék aktivitásának változása befolyásolja az anyagcsere-folyamatok sebességét, a membrán transzlokázok 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 eredményeként 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 kötődik - 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 található receptorok találhatók, 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 koncentrációgradiens 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 enzimjei, amelyek kölcsönhatásba lépnek 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 koncentráció gradiens ellenében történik

2. Válaszd ki a megfelelő választ.

ag- A GTP-hez kötött 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 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 G. 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 - koncentráció gradiens 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, amely a protein kináz A (PKA) hatására foszforilált formává alakul.

c) hasonlítsa össze az endoplazmatikus retikulum membrán Ca 2+ csatornájának és a bél endotélsejt 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 eltérő 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) adjon diagramot az inzulin transzmembrán jelátviteléről;

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 farneziltranszferáz enzim hatására a fehérjéhez 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) bemutatja a 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.

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 nyitja vagy zárja a membráncsatornákat, hanem a G-fehérjével kölcsönhatásban.

A hormonok hatásmechanizmusa a célsejtekre a kémiai szerkezetükhöz kapcsolódik:

■ a vízben oldódó hormonok - fehérjék és polipeptidek, valamint aminosavszármazékok - katekolaminok kölcsönhatásba lépnek a célsejt membrán receptoraival, hormon-receptor komplexet (GR) képezve Ennek a komplexnek a kialakulása a másodlagos vagy intracelluláris hírvivő, amellyel a sejtfunkció változásai társulnak.

■ 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. Ezt a hatást kétféleképpen lehet elérni:

■ a hormon kölcsönhatása a sejtmembrán felszínén lévő receptorokkal és biokémiai átalakulások láncolatának beindítása 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 komplexképzése 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 visszaszívását a distalis nefronban
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 mellékvesekéregben
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 hasznosulását, 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			Az 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 a 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 fiziológiai funkció megváltozása (6. lépés), például új membráncsatornák képződése a kalciumionok számára, ami a szívösszehúzódások erősödéséhez 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 található receptorfehérjékhez kötődnek. A képződött GR komplex (2. lépés) bediffundál a sejtmagba, és a kromoszóma DNS-ének meghatározott 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.

Rizs. 3. Séma a glikogén lebontás stimulálására a cAMP szint növelésével

A citoszkeleton jelei

Az enzimkölcsönhatások cAMP által szabályozott kaszkádsémája bonyolultnak tűnik, a valóságban azonban még összetettebb. Az elsődleges hírvivőkhöz kapcsolódó receptorok nem közvetlenül, hanem az úgynevezett G-fehérjéken keresztül (4. ábra) befolyásolják az adenilát-cikláz aktivitását, amelyek a guanin-trifoszforsav (GTP) szabályozása alatt működnek.

Mi történik, ha az események normális kapcsolata valamilyen okból megszakad? Példa erre a kolera. A Vibrio cholerae toxin befolyásolja a GTP szintjét és befolyásolja a G fehérjék aktivitását. Ennek eredményeként a kolerás betegek bélsejtjeiben folyamatosan magas a cAMP szintje, ami nagy mennyiségű nátriumion és víz átjutását okozza a sejtekből a bél lumenébe. Ennek következménye legyengítő hasmenés és vízvesztés a szervezetből.

Normális esetben a foszfodiészteráz enzim hatására a sejtben lévő cAMP gyorsan inaktiválódik, és nem ciklikus adenozin-monofoszfát AMP-vé alakul. Egy másik betegség, a szamárköhögés, amelyet a Bordetella pertussis baktérium okoz, lefolyása egy olyan toxin képződésével jár együtt, amely gátolja a cAMP AMP-vé történő átalakulását. Ez a betegség kellemetlen tüneteihez vezet - a torok vörösödéséhez és a hányáshoz vezető köhögéshez.

A cAMP-t AMP-vé alakító foszfodiészteráz aktivitását például a koffein és a teofillin befolyásolja, ami a kávé és a tea serkentő hatását váltja ki.

A cAMP hatásainak sokfélesége és koncentrációjának szabályozási módjai a sejtekben univerzális másodlagos hírvivővé teszik, amely kulcsszerepet játszik a különböző protein-kinázok aktiválásában.

Különböző sejtekben a cAMP teljesen eltérő hatásokhoz vezethet. Ez a vegyület nemcsak a glikogén és a zsírok lebontásában vesz részt, hanem növeli a pulzusszámot, befolyásolja az izomlazulást, szabályozza a kiválasztódás intenzitását és a folyadék felszívódási sebességét. Különböző hormonok egész sorának másodlagos hírvivője: adrenalin, vazopresszin, glukagon, szerotonin, prosztaglandin, pajzsmirigy-stimuláló hormon; A cAMP a vázizomzat, a szívizom, a simaizom, a vese, a máj és a vérlemezkék sejtjeiben működik.

Felmerül egy ésszerű kérdés: miért reagálnak különböző sejtek eltérően a cAMP-re? Másképpen is megfogalmazható: miért, ha a cAMP koncentrációja nő különböző sejtekben, akkor különböző protein kinázok aktiválódnak, amelyek különböző fehérjéket foszforilálnak? Ez a helyzet a következő analógiával szemléltethető. Képzeld el, hogy különféle látogatók – ligandumok és elsődleges hírvivők – folyamatosan közelednek az iroda ajtajához. Ugyanakkor egyetlen csengőt kongatnak: egy jel hallatszik - egy másodlagos hírnök. Hogyan határozhatják meg az intézmény alkalmazottai, hogy pontosan ki jött el látogatóba, és hogyan reagáljanak erre a látogatóra?

A kalciumionok rejtélye

Először nézzük meg, mi történik a második rendkívül gyakori másodlagos hírvivővel - a kalciummal, vagy inkább annak ionjaival. Kulcsszerepüket számos biológiai reakcióban először 1883-ban mutatták be, amikor Sidney Ringer észrevette, hogy az izolált békaizmok nem húzódnak össze desztillált vízben. Ahhoz, hogy az izom összehúzódjon az elektromos stimuláció hatására, kalciumionok jelenléte szükséges a környezetében.

A vázizom összehúzódása során fellépő fontosabb események sorrendje ma már jól ismert (5. ábra). Az idegsejt axonja mentén az izmot érő elektromos impulzus hatására az izomsejt belsejében kalciumion-tárolók - miofibrillumok - membránciszternák nyílnak meg, amelyekben a kalciumionok koncentrációja akár ezerszer vagy többször is magasabb lehet, mint az izomsejtekben. a citoplazma (6. ábra). A felszabaduló kalcium a troponin C fehérjéhez kötődik, amely a sejt belső felületét bélelő aktin filamentumokhoz kapcsolódik. A troponin (7. ábra) blokkoló szerepet játszik, amely megakadályozza a miozin filamentumok csúszását az aktin filamentumok mentén. A troponinhoz kalcium hozzáadása következtében a blokk leválik a filamentumról, a miozin végigcsúszik az aktinon, az izom összehúzódik (8. ábra). Amint az összehúzódás véget ér, speciális fehérjék - kalcium-ATPázok - visszapumpálják a kalciumionokat az intracelluláris tartályokba.

Az intracelluláris kalcium koncentrációját nemcsak az idegimpulzusok, hanem más jelek is befolyásolják. Lehet például a cAMP, ami már ismerős számunkra. Válaszul az adrenalin megjelenésére a vérben és a cAMP koncentrációjának megfelelő növekedésére a szívizom sejtjeiben, kalciumionok szabadulnak fel bennük, ami a szívfrekvencia növekedéséhez vezet.

A kalciumot befolyásoló anyagok közvetlenül a sejtmembránban is megtalálhatók. Mint ismeretes, a membrán foszfolipidekből áll, amelyek közül az egyik - a foszfoinozitol-4, 5-difoszfát - különleges szerepet játszik. A foszfoinozitol-4,5-difoszfát molekula az inoziton kívül két hosszú szénhidrogénláncot tartalmaz, amelyek 20 és 17 szénatomból állnak (9. ábra). Bizonyos extracelluláris szignálok hatására és az olvasók számára már ismert G-fehérjék irányítása alatt leválik, ennek eredményeként két molekula - diacilglicerin és inozitol-trifoszfát - képződik. Ez utóbbi részt vesz az intracelluláris kalcium felszabadításában (10. ábra). Ilyen jelzést alkalmaznak például a megtermékenyített karmos békatojásoknál.

A sok spermium közül az első behatolása a megtermékenyítésre kész petesejtbe inozitol-trifoszfát képződését okozza annak membránjában. Ennek eredményeként kalciumionok szabadulnak fel a belső tartályokból, és a megtermékenyített petesejt membránja azonnal megduzzad, elvágva a petesejtbe vezető utat a kevésbé szerencsés vagy kevésbé hatékony spermiumok számára.

Hogyan szabályozhatja a fehérjék aktivitását olyan egyszerű dolog, mint a kalciumion? Kiderült, hogy a sejten belül egy speciális fehérjéhez, a kalmodulinhoz kötődik (11. ábra). Ezt a meglehetősen nagy fehérjét, amely 148 aminosavból áll, mint a cAMP, szinte minden vizsgált sejtben megtalálható volt.