Система мессенджеров в сигнальной трансдукции

Содержание

Слайд 2

Все типы клеток получают регуляторные сигналы из окружающей среды, декодируют их

Все типы клеток получают регуляторные сигналы из окружающей среды, декодируют

их и передают во внутриклеточное пространство к соответствующим молекулам-мишеням.
Сигнальная трансдукция (signal transduction) – пере-дача регуляторного сигнала внутри клетки. Происходит с помощью различных сигнальных путей с участием молекул мессенджеров и белков-посредников.

Термин  «signal transduction»  
появился в научных журналах
в 1972 г.

Слайд 3

Сигнальные молекулы. Эндогенные молекулы, управляющие метаболизмом клеток: несут информацию для: поддержания

Сигнальные молекулы.
Эндогенные молекулы, управляющие
метаболизмом клеток: несут информацию для:

поддержания
жизнеспособности
клеток

роста

и деления
клеток

дифференцировки
клеток

Прекращение внешней сигнализации (либо потеря клеткой способности воспринимать внешние сигналы) приводит к запуску программируемой гибели такой клетки (апоптоз).

Слайд 4

Регуляторные (управляющие) сигналы поступают в двух направлениях: 1. Снаружи ? внутрь.

Регуляторные (управляющие) сигналы поступают в двух направлениях:
1. Снаружи ?

внутрь.
Метаболизм каждого типа клеток определяет комплект рецепторов, воспринимающих сигналы, предназначенные именно этому типу клеток (в соот-ветствии с её функциональной специализацией).
2. Изнутри ? к наружи.
Определенные типы клеток сами секретируют сиг-нальные молекулы. Эти молекулы действуют на:
близлежащие клетки (цитокины, парактринный эф-
фект);
на большие расстояния (гормоны, эндокринный эф-
фект).
Слайд 5

Каждый тип клеток имеет специфический набор (комплект, паттерн) рецепторов. Это даёт

Каждый тип клеток имеет специфический набор (комплект, паттерн) рецепторов. Это

даёт возмож-ность каждому типу клеток специфически отвечать на одновременное воздействие нескольких типов сиг-нальных молекул, «выбирая» из этого потока сигна-лов только те, которые важны для её жизнедеятель-ности.
Комплект рецепторов для данного типа клеток – величина постоянная (сформировался в ходе эволю-ции). Число рецепторов и их аффинность к лигандам может изменяться (элемент регуляции метаболизма).
Слайд 6

Внеклеточные сигнальные молекулы (первичные мессенджеры) действуют как на коротких, так и

Внеклеточные сигнальные молекулы (первичные мессенджеры) действуют как на коротких, так

и на длинных дистанциях:
Короткие дистанции:
- прямой контакт клеточных мембран;
паракринная сигнализация: одни клетки секретируют сигналь-
ные молекулы, которые действует на соседние однотипные
клетки (сигнальные молекуы не поступают в кровоток);
аутокринная сигнализация – передача сигнальной молекулы
самой себе - посредством рецепторов к этой молекуле,
которые клетка несёт на своей собственной поверхности.
Длинные дистанции:
синаптическая передача эл. сигнала вдоль аксона с высвобож-
дением в синапсе нейромедиатора/нейротрансмиттера;
эндокринная сигнализация: химический сигнал (лиганд) – син-
тезируется в эндокринных железах и секретируется в кровоток,
с помощью которого лиганд доставляется к клеткам-мишеням.
Слайд 7

Сигнальные молекулы – мессенджеры (от англ. «messenger» - посланник) Первичные мессенджеры:

Сигнальные молекулы – мессенджеры
(от англ. «messenger» - посланник)

Первичные мессенджеры:
молекулы, несущие

регуля-
торный (информационный)
сигнал для клетки из внеш-
ней среды.
Действуют во внеклеточном
пространстве.

Вторичные мессенджеры:
молекулы, которые переда-
ют регуляторный (информа-
ционный) сигнал от первич-
ных мессенджеров к внутри-
клеточным молекулам-мише-
ням (исполнительным моле-
кулам).
Действуют внутри клетки.

Слайд 8

Эрл Уилбур Сазерленд (Earl Wilbur Sutherland) 1915-1974 Концепция первичных и вторичных

Эрл Уилбур Сазерленд
(Earl Wilbur Sutherland)
1915-1974

Концепция первичных и вторичных


мессенджеров была сформулирована
в первой половине 60-х годов ХХ в.
в ходе изучения молекулярных меха-
низмов передачи регуляторного сиг-
нала от глюкагона или адреналина на
внутриклеточный ферментативный
каскад гликогенфосфорилазы печени
и мышц.
Нобелевская премия по физиологии
и медицине (1971 г.) «… за открытия,
касающиеся механизмов действия
гормонов». 

Э. Сазерленд открыл «посредниче-
скую» роль цАМФ во внутриклеточной
передаче сигала от рецепторов глюка-
гона и адреналина к гликогенфосфо-
рилазе: цАМФ активирует протеинкин-
азу, которая переводит фермент в
активную форму.

Слайд 9

Схема, иллюстрирующая концепцию первичного и вторичного мессенджеров. (Из статьи Sutherland E.

Схема, иллюстрирующая концепцию первичного и вторичного мессенджеров. (Из статьи Sutherland E.

W. & Robison G. A. The role of cyclic-3',5'-AMP in responses to catecholamines and other hormones. Pharmac. Rev., 1966, 18, 145-161).
Слайд 10

Первичные мессенджеры – группа эндогенных сигнальных биомолекул (лигандов), имеющих различ-ное химическое

Первичные мессенджеры – группа эндогенных сигнальных биомолекул (лигандов), имеющих различ-ное

химическое строение, действующие на клетку путем высокоаффинного связывания со специфичес-кими рецепторами (поверхностными или внутрикле-точными) и способные активировать механизм пере-дачи регуляторного сигнала внутрь клетки. Внутрь клетки не проникают.
Основные группы первичных мессенджеров:
1. Гормоны. Синтезируются специализировнными органами или клетками, отдаленными от клеток-мише-ней. Транспортируются от места синтеза к местам действия по крови. Действуют посредством высоко-аффинного связывания со специфическими рецепто-рами.
Слайд 11

2. Факторы роста. Несут митогенный сигнал - стиму-лируют митоз и деление

2. Факторы роста. Несут митогенный сигнал - стиму-лируют митоз и

деление клеток. Для факторов роста у клеток есть специфические рецепторы. Факторы роста способны инициировать апоптоз и дифферен-цировку клеток. Действуют, как правило, на неболь-шом расстоянии – на соседние клетки (паракринно).
В отличие от гормонов, эффекты факторов роста могут длиться несколько суток.
3. Цитокины (IL, IFN, TNF, CSF). Внеклеточные, срав-нительно небольшой массы белки (10 – 30 кДа). Регу-лируют: функции клеток иммунной и гемопоэтической систем, переносят межклеточные сигналы в очаге вос-паления, участвуют в эмбриональном развитии мно-гих тканей. Действуют, в основном, паракринно, но могут и эндокринно.
Слайд 12

4. Нейромедиаторы (нейротрансмиттеры) . Их выде- ление и связывание происходит внутри

4. Нейромедиаторы (нейротрансмиттеры) . Их выде-
ление и связывание происходит внутри

синаптической
щели. Эффект медиатора (возбуждающий или тормозя-
щий), определяется природой ионного канала, сопря-
женного с рецептором нейромедиатора.
5. Вазоактивные агенты. Гистамин, серотонин и бра-
дикинина, а также эйкозаноиды: простагландины,
тромбоксаны и лейкотриены. Все они служат для по-
вышения проницаемости стенок сосудов в очаге вос-
паления для проникновения из кровотока лейкоцитов.
Действуют паракринно и аутокринно.
Слайд 13

Вторичные мессенджеры – малые гидрофильные молекулы, быстро и в больших количествах

Вторичные мессенджеры – малые гидрофильные молекулы, быстро и в больших

количествах синтези-руются внутри клетки в ответ на активацию рецептора первичными мессенджерами.
Служат для внутриклеточной передачи и усиления сигнала. Действуют в течение короткого времени и инактивируются различными способами.
Основные свойства вторичных мессенджеров:
имеют относительно небольшую молекулярную мас-
су, что позволяет мессенджеру быстро диффундиро-
вать по цитоплазме;
способны быстро разрушаться (в соответствии со
временем передачи сигнала), либо, как ионы Са2+,
быстро откачиваться из цитоплазмы до исходной
концентрации: 10-7 М.
Слайд 14

Семейство вторичных мессенджеров 1. цАМФ. Синтезируется с участием аденилатцикла-зы из АТФ.

Семейство вторичных мессенджеров
1. цАМФ. Синтезируется с участием аденилатцикла-зы из

АТФ. Синтез происходит быстро, но непродол-жительно. цАМФ – аллостерический активатор цАМФ-зависимой протеинкиназы А (ПКА).
2. цГМФ. Синтезируется двумя разновидностями гуанилатциклазы - мембранной и растворимой в цито-плазме.
Мембранный фермент активируется артериальным натрийуретичеcким фактором и кишечным пептидом – гуанилином. Активатор растворимой формы фер-мента – внутриклеточный оксид азота (NO).
Слайд 15

3. Диацилглицерол (ДАГ). Является первым продук- том действия фосфолипазы С (ФЛазы

3. Диацилглицерол (ДАГ). Является первым продук-
том действия фосфолипазы С (ФЛазы

С) на мембран-
ный (минорный) фосфолипид фосфатидилинозитол-2-
фосфат (ФИФ2). Будучи гидрофобным, ДАГ остаётся во
внутреннем слое плазматической мембраны. Там ДАГ
взаимодействует с серин-треониновой протеинкина-
зой С (ПКС) и активирует её.
4. Инозитол-3-фосфат (ИФ3) – второй продукт, обра-
зуемый ФЛазой С. Является отщепленным головным
концом ФИФ2. Благодаря отрицательному заряду, ИФ3
гидрофилен. Он диффундирует по цитоплазме и свя-
зывается с ИФ3-активируемыми Са2+-каналами мембран
ЭР, чем стимулирует выход Са2+ в цитоплазму. Увели-
чение [Ca2+] также необходимо для активации ПКС: не-
активная ПКС локализована в цитоплазме. Присоеди-
нив Са2+, ПКС встраивается в цитоплазматическую ме-
мбрану, связываясь с заряженной головкой ФС (-q).
Слайд 16

Образование диацилглицерола и инозитолтрифосфата с участием фосфолипазы С Х

Образование диацилглицерола и инозитолтрифосфата с участием фосфолипазы С

Х

Слайд 17

5. Ионы Са2+. В цитоплазме нестимулированной клетке [Ca2+] = 10-7 М.

5. Ионы Са2+. В цитоплазме нестимулированной
клетке [Ca2+] = 10-7

М. Во всех клетках повышение
[Ca2+] до величины 10-6 М, происходит в ответ на сти-
муляцию рецепторов, сопряженных с G-белком, что
приводит к образованию ИФ3 (см. выше). Ионы Са2+
действуют:
а). прямо cо специфическими сайтами в молекулах
ПК, образующих определенное семейство (напри-
мер: ПКС);
б). опосредованно, c Са2+-связывающим белком каль-
модулином. Комплекс Са2+-кальмодулин (связыва-
ет 4 иона Са2+) активирует ПК, принадлежащие к
другому семейству: к кальмоулин-зависимым ПК.
Слайд 18

Роль кальмодулина (СаМ) в активации СаМ-зависимой киназы Фосфорилирование ингибиторного до-мена стабилизирует

Роль кальмодулина (СаМ) в активации СаМ-зависимой киназы

Фосфорилирование ингибиторного до-мена

стабилизирует киназу в активном состоянии.

Полную инактивацию СаМ-киназы вызывает специфическая фосфатаза -
отщепляет фосфорильную группу от ингибиторного домена.

Са2+

Слайд 19

6. Оксид азота (NO). Это газообразное соединение, являющееся свободным радикалом (имеет

6. Оксид азота (NO). Это газообразное соединение,
являющееся свободным радикалом

(имеет неспарен-
ный электрон), что придает ему высокую реакционную
способность: время жизни < 6-10 с. NO самая «малень-
кая» молекула среди известных вторичных мессендже-
ров.
NO синтезируется из аргинина с участием фермента
NO-синтазы. Три изоформы NO-синтазы: две формы
конститутивные: еNOS (эндотелий сосудов) и nNOS
(нервная система) и одна форма – индуцибелная (iNOS).
iNOS появляется при воспалении, иммунных и некото-
рых других реакциях в макрофагах и в ряде других
клетках (гепатоцитах). NO легко проникает через мемб-
рану и влияет на соседние клетки без участия рецепто-
ров. NO может действовать как аутокринно (в той же
клетке), так и паракринно (диффундировать к сосед-
ним клеткам).
Слайд 20

Мишень NO - растворимая (цитоплазматическая) гуанилатциклаза. Необычность этого фермента: он катализирует

Мишень NO - растворимая (цитоплазматическая) гуанилатциклаза. Необычность этого фермента: он

катализирует образование вторичного мессенджера – цГМФ, но активируется другим вторичным мессенджером – NO. Мишенью цГМФ является протеинкиназа G (ПКG).
Слайд 21

I. Основные структурные элементы мембранных рецепторов (рецепторов клеточной поверхности Рецепторы -

I. Основные структурные элементы мембранных рецепторов (рецепторов клеточной поверхности
Рецепторы -

гликопротеиды. Распознав специфический лиганд (первичный мессенджер) и связавшись с ним, рецептор изменяет свою конформацию, что необходимо для передачи сигнала внутрь клетки на молекулу-мишень, часто с помощью вторичного мессенджера.
Внеклеточный домен. Его формирует N-конец цепи, функция – распо-знать и связаться с молекулой первичного мессенджера.
Трансмембранный домен. Состоит из одной или нескольких α-спиралей (ацетилхолиновый рецептора формирует трансмембранную пору или ионный канал). При связывания лиганда домен меняет свою конформа-цию, влияя на конформацию внутриклеточного домена, либо пропускает специфический ион.
Внутриклеточный (цитоплазматический) домен. Формирует С-конец цепи, функция - передача сигнал от первичного мессенджера внутрь клетки. Два пути:
- домен связывается с внутриклеточными сигнальными белками (посредниками), которые доставляют сигнал к месту - молекуле-мишени;
- домен может сам обладать ферментативной активностью, либо связы-вается с внутриклеточным ферментом и активирует его.
Слайд 22

Классификация рецепторов клеточной поверхности (рецепторов клеточной мембраны) Рецепторы, сопряженные с G

Классификация
рецепторов клеточной поверхности
(рецепторов клеточной мембраны)

Рецепторы, сопряженные с G

белками (G-protein
coupled receptors – GPCR) или семиспиральные
рецепторы.
2. Каталитические рецепторы – обладают собствен-
ной тирозин- и серин/треонин-протеинкиназной
активностью, либо гуанилатциклазной активностью.
3. Рецепторы не каталитические – после активации
лигандом приобретают способность взаимодейст-
вовать с цитозольными тирозиновыми протеин-
киназами, активируя их.
4. Регулируемые ионные каналы (лиганд-активируе-
мые ионные каналы).
Слайд 23

1. Рецепторы, сопряженные с G белками (G-protein coupled receptors – GPCR)

1. Рецепторы, сопряженные с G белками (G-protein
coupled receptors – GPCR)

или семиспиральные
рецепторы.
Образованы одной полипептидной цепью, 7 раз пронизываю-щей мембрану. Трансмембранные фрагменты – α-спирали (20-28 гидрофобных аминокислот).
Самый эволюционно древний класс рецепторов, известно около тысячи различных лигандов (в т.ч. к этому классу относят-ся «орфан-рецепторы»). Типичные лиганды: адреналин, норадре-налин, пептидные гормоны (в т.ч глюкагон) - действуют через β-адренорецепторы, а также нейропептиды, дофамин, опиоиды.
После активации рецепторы обретают способность взаимо-действовать с гетеротримерными G-белками, которые связаны с внутренним липидным слоем плазматической мембраны. G-бел-ки состоят из трех субъединиц: α-, β- и γ-. Их активация приводит к диссоциации α-субъединцы от β,γ −димера. Основной эффект оказывает α-субъединица (её разновидности):
а). влияет на активность аденилатциклазы, которая синтезирует
цАМФ (Gs и Gi-белки, содержащие Gαs- и Gαi – субъединицы).
б). активирует ФЛазу Сγ : синтез ДАГ и И3Ф (Gαq-белки).
Слайд 24

Строение GPCR-рецептора (плоскостная модель) GRK – сериновая репторная киназа

Строение GPCR-рецептора (плоскостная модель)

GRK – сериновая
репторная киназа

Слайд 25

3D-модель GPCR - рецептора Плоскость слайда – соответствует наружной поверхности клеточной

3D-модель GPCR - рецептора

Плоскость слайда – соответствует наружной поверхности клеточной мембраны.


Красным цветом обозначены участки пептидной цепи, обращенные во внекле-
точное пространство. Зеленые цилиндры – трансмембранные α-спиральные
участки белковой цепи.

Молекула адреналина,
связавшаяся с рецептором

Синим цветом обозначе-
ны участки пептидной цепи,
обращенные в сторону цитоплазмы.

Слайд 26

2. Каталитические рецепторы – обладают собственной тирозин- или серин/треонин-протеинкиназной актив- ностью

2. Каталитические рецепторы – обладают собственной
тирозин- или серин/треонин-протеинкиназной актив-
ностью

(рецептор-ассоциированные киназы) и гуа-
нилатциклазной активностью.
Вторая по численности группа рецепторов после GPCR. Рецеп-торы имеют один трансмембранный домен. В результате связы-вания с лигандом, конформация всей молекулы рецептора меня-ется, что приводит к димеризации рецептора и «включению» во внутриклеточных доменах собственной ферментативной активности:
2.а. протеинкиназной (ПК) активности (тирозинкиназной активности);
2.б. гунилатциклазной (ГЦ) активности.
Слайд 27

2.а. Рецепторы с тирозинкиназной активностью. Важнейшие лиганды: инсулин и различные факторы

2.а. Рецепторы с тирозинкиназной активностью.
Важнейшие лиганды: инсулин и различные

факторы роста.
Характерное проявление их активации и изменения конформа-ции – образование димеров. Как гомодимеров (простое усиление сигнала), так и гетеродимеров - два разных рецептора из этого же класса (увеличение числа внутриклеточных сигнальных путей, запускаемых одним лигандом).
В результате димеризации рецепторов, в их цитозольных до-менах «включается» тирозинкиназная активность. Благодаря ей происходит аутофосфорилирование остатков тирозина цито-зольных доменов - на их поверхности появляются фосфотиро-зины (докинг-участки), по которым связываются различные внутриклеточные сигнальные белки – посредники, содержащие SH2-домены.
Слайд 28

Схема активации рецепторов, обладающих собственной тирозинкиназной активностью Связывание лиганда с рецептором

Схема активации рецепторов, обладающих собственной
тирозинкиназной активностью
Связывание лиганда с

рецептором ? димеризация ? активация собственной тирозинкиназной активности ? аутофосфорилиро-вание остатков тирозина на поверхности цитозольных доменов рецепторов.
Слайд 29

Образование нескольких фосфорилированных остатков тирозина на цитозольном домене активированного рецептора к

Образование нескольких фосфорилированных остатков тирозина
на цитозольном домене активированного рецептора к

тромбоци-
тарному фактору роста (результат аутофосфорилирования)

Фосфорилированные
остатки тирозина, обра-зуют участки связыва-ния (докинг-участки) для внутриклеточных сиг-нальных белков (пока-заны на рисунке), содер-жащих SH2-домены.
SH2-домены распознают
фосфотирозины.

На схеме показана одна из двух
молекул димера рецептора

Слайд 30

Пример гетеродимера: классический рецептор к фактору роста эпидермиса (ФРЭ) + его

Пример гетеродимера: классический рецептор к фактору роста эпидермиса (ФРЭ) +

его разновидность (ErbB-3) = ФРЭ + ErbB-3. Фосфотирозины в ErbB-3 распознаются SH2–доменами в составе фосфатидилинозитол-3-киназы, которая при этом акти-вируется: два пути, включаемые одним лигандом – вактором роста эпидермиса.
NB: Тирозинкиназная активность м.б. «выключена» в резуль-тате фосфорилирования внутриклеточного домена рецептора по остаткам серина и треонина под действием ПКА и ПКС.
Слайд 31

Рецептор инсулина – изначально является тетрамером: 2α-субъединицы (распознавание и связывание гормона) и 2β-субъединицы, соединённые -S-S- мостиками.

Рецептор инсулина – изначально является тетрамером:
2α-субъединицы (распознавание и связывание гормона)

и
2β-субъединицы, соединённые -S-S- мостиками.
Слайд 32

2.б. Рецепторные гуанилатциклазы (ГЦ) – катализируют синтез вторичного мессенджера цГМФ (гуанозин-3’5’-монофос-фата)

2.б. Рецепторные гуанилатциклазы (ГЦ) – катализируют синтез вторичного мессенджера цГМФ

(гуанозин-3’5’-монофос-фата)
Рецептор локализован в цитоплазматической мембране. Цито-зольный домен обладает активностью ГЦ: ГТФ ? цГМФ
Рецептор имеет две изоформы.
1 изоформа: лиганд - артериальный натрийуретичеcкий фактор (АНФ). АНФ высвобождается из эндотелиоцитов предсердий, когда существенно увеличивается объем перекачиваемой серд-цем крови. АНФ действует на клетки собирательных трубочек почек и увеличивает в них концентрацию цГМФ. В результате почки усиливают выделение ионов Na+ (и воды). Потеря воды снижает объем крови, что ослабляет стимул, вызвавший выделе-ние АНФ.
В кровеносных сосудах цГМФ действует на гладкую мускула-туру цГМФ, вызывает вазодилатацию.
Слайд 33

2 изоформа: лиганд – гуанилин. Это пептид, выделяемый эпи-телиоцитами кишечника. Гуанилин

2 изоформа: лиганд – гуанилин. Это пептид, выделяемый эпи-телиоцитами кишечника.

Гуанилин регулирует секрецию ионов Cl- в кишечнике.
Рецептор гуанилина способен взаимодействовать с эндотокси-ном E. coli и другими грам-отрицательными бактериями. В ре-зультате усиливается секреция ионов Cl- , что уменьшает реаб-сорбцию воды из кишечника - возникновение диареи.

цГМФ активирует цГМФ-зависимую ПК (PKG, ПКГ), которые фосфори-лируют в белках-мишенях остатки серина и треонина.
цГМФ – разрушается специфической цГМФ-фосфодиэстеразой.

Слайд 34

3. Рецепторы не каталитические – после активации лигандом приобретают способность взаимодейст-

3. Рецепторы не каталитические – после активации
лигандом приобретают способность взаимодейст-

вовать с цитозольными тирозиновыми протеин-
киназами. Рецептор рекрутирует внутриклеточные
киназы. (Рецепторы цитокинов)
Связывание лиганда с рецептором изменяет его конформа-цию и вызывает димеризацию. Типичные лиганды этого класса рецепторов: цитокины. Цитозольные домены рецептора приобрета-ют способность нековалентно взаимодействовать с внутрикле-точными протеинкиназами и активировать их:
- с тирозиновой киназой Src (прикрепелена к внутреннему слою плазматической мембраны);
- с тирозиновой киназой Янус-киназой (JAK, растворима в цито-плазме, содержит два активных центра: киназный и псевдокиназ-ный).
Обе киназы фосфорилируют остатки тирозина в составе цито-зольных доменов рецептора. Фосфотирозины нужны для связы-вания внутриклеточных белков-посредников (имеющих SH2-до-мены), которые передают сигнал «вниз по течению» к молекулам-мишеням.
Слайд 35

JAK действуют посредством транскрипционных факторов: STAT - signal transducers and activation

JAK действуют посредством транскрипционных факторов:
STAT - signal transducers and activation

transcription ). Неактив-ный STAT находится цитоплазме. Связывание STAT с фосфоти-розином рецептора создаёт условия для его фосфорилирования с участием JAK. [JAK сначала фосфорилирует остатки тиро-зина в рецепторе, затем в STAT]. Активный (фосфорилирован-ный) STAT образует гомодимер, который проникает в ядро и вызывает экспрессию специфических генов.
Важно: к фосфотирозинам цитозольного домена рецептора цитоки-на эритропоэтина (образовавшимся с участием JAK) может также присоединяться белок Gbr2 (Growth factor receptor-bound protein 2) . После фосфорилирования с участием JAK, Gbr2 запускает MAPK-каскад (подобно инсулину), что также изменяет экспрессию специфических генов. Ещё один пример того, как один цитокин может одновременно запускать два сигнальных внутриклеточных пути: JAK-STAT-путь и МАРК-каскад.
Слайд 36

Схема инициации двух сигнальных путей эритропоэтином путём образования гетеродимера из рецепторов

Схема инициации двух сигнальных путей эритропоэтином
путём образования гетеродимера из рецепторов

с различными
свойствами

Путь а) – активирует синтез белков,
необходимых для созревания эритро-
цитов.
Путь б) – JAK активирует белок Grb-2,
что запускает МАРК-каскад

Слайд 37

4. Регулируемые ионные каналы (лиганд-активируе- мые ионные каналы или каналы, сопряженные

4. Регулируемые ионные каналы (лиганд-активируе-
мые ионные каналы или каналы, сопряженные

с ре-
цептором).
Типичный пример: н-ацетилхолиновый рецептор.
Молекула рецептора имеет бочкообраный силуэт и образована пятью субъединицами (2α, β −, γ− и δ- субъединицы). В состав каждой субъединицы входит по 4 α-спирали. Их С- и N- концы обращены в цитоплазму. Субъединицы окружают одну трансмем-бранную пору. Есть два участка для связывания двух молекул ацетилхолина, расположенных на двух α-субъединицах со стороны поры. Ниже расположена «заслонка», образуемая α-спиралью. При связывании с ацетилхолином, рецептор претерпе-вает конформационную перестройку, что вызывает смещение «заслонки» - пора открывается и ионы Na+ входят в цитоплазму.
Ионные каналы открываются на несколько миллисекунд, но за это время через канала проходит поток ионов, V=10 млн. ионов/с.
Слайд 38

Схема работы регулируемого н-ацетилхолином ионного канала Связывание лиганда приводит к повороту

Схема работы регулируемого н-ацетилхолином ионного
канала

Связывание лиганда приводит к
повороту спирали М2,

что увели-
чивает диаметр канала – появ-
ляется проход для ионов.
Слайд 39

Четыре основных класса рецепторов цитоплазматической мембраны

Четыре основных класса рецепторов
цитоплазматической мембраны

Слайд 40

Основные механизмы активации мембранных рецепторов Конформационная перестройка (рецепторы-ионные каналы и GPCR);

Основные механизмы активации мембранных
рецепторов
Конформационная перестройка (рецепторы-ионные каналы и


GPCR);
Димеризация (рецепторы с собственной ферментативной активностью и рецепторы, рекрутирующие внутриклеточные ферменты).
Основные механизмы инактивации мембранных
рецепторов
1. Деградация лиганда. Холинэстераза разрушает ацетилхолин, связанный со своим рецептором.
2. Секвестрация лиганда. Лиганд связывается с внеклеточным белком, содержащим лиганд-связывающий домен. Такой белок удаляет лиганд с рецептора.
3. Десенситизация рецептора. GPCR может быть фосфорилиро-ван по остаткам серина в цитозольном домене при помощи внутриклеточной ПКС. По этим участкам связывается внутриклеточный белок аррестин. Комплекс рецептор-аррес-тин уже не способен передавать сигнал «низ по течению». Комплекс рецептор-аррестин поглощается путём эндоцитоза.
Слайд 41

II. Внутриклеточные рецепторы Связывают малые, липофильные молекулы, которые легко преодале-вают барьер

II. Внутриклеточные рецепторы
Связывают малые, липофильные молекулы, которые легко преодале-вают

барьер цитоплазматической мембраны: стероидные и тиреидные гормоны, а также витамин Д. Локализация: цитоплазма, поверхность ядра и внутри ядра.
Строение рецептора:
домен для распознавания и связывания лиганда
ДНК-связывающий домен
домен активации транскрипции
В отстутствии лигандов, рецепторы находятся в неактивной конформа-ции (поддерживается с помощью ингибирующих белков – шаперонов/Hsp). Связывание лиганда индуцирует активную конформацию рецептора, что сопровождается диссоциацией ингибирующего белка. Активированный лиганд-рецепторный комплекс диффундирует в ядро где связываться с участком ДНК посредством своего ДНК-связывающего домена. Помимо этого, лиганд-рецепторный комплекс способен связываться с другими белками: белками-коактиваторами транскрипции.
Участок ДНК, с которым связывается комплекс лиганд-рецептор, явля-ется промотер-регионом таргетного гена и называется гормон-респонсив-ным элементом = hormone response element (HRE).
Слайд 42

Внутриклеточный рецептор и механизм его активации лигандом

Внутриклеточный рецептор и механизм
его активации лигандом

Слайд 43

ТРАНСДУКЦИЯ СИГНАЛА ВНУТРИ КЛЕТКИ ПОСРЕДСТВОМ ВТОРИЧНОГО МЕССЕНДЖЕРА - цАМФ Гормоны, увеличивающие

ТРАНСДУКЦИЯ СИГНАЛА ВНУТРИ КЛЕТКИ
ПОСРЕДСТВОМ ВТОРИЧНОГО МЕССЕНДЖЕРА - цАМФ

Гормоны, увеличивающие

внутриклеточную концентрацию
цАМФ: адреналин (мышцы) и глюкагон (печень, адипоциты).
В адипоцитах глюкагон стимулирует липолиз (гидролиз ТАГ с учас-
тием гормончувствительной ТАГ-липазы).
Адренаин действуют посредством β-адренорецепторов (разно-
видность GPCR). Глюкагон – посредством другой разновидности
GPCR.
Активированный лигандом GPCR, изменяет конформацию, что
сообщает его цитозольному домену способность взаимодейство-
вать с гетеротрименым G-белком и активировать его. Известны:
Gαs и Gαi-белки (стимуляторы и ингибиторы аденилатциклазы, АЦ),
а также Gαq-белки – активаторы ФЛазы С-γ. Иными словами, акти-
вация GPCR запускает не менее 2-х сигнальных путей:
путь цАМФ;
путь Са2+/фосфатидилинозитола.
Слайд 44

α-субъединица в составе G-белков содержит нуклеотид-свя-зы-вающий сайт для гуаниновых нуклеотидов (ГДФ/ГТФ).

α-субъединица в составе G-белков содержит нуклеотид-свя-зы-вающий сайт для гуаниновых нуклеотидов

(ГДФ/ГТФ). Активация Gs-белка состоит в замене ГДФ на ГТФ в этом сайте, что происходит благодаря контакту с цитозольным доменом активированного рецептора GPCR. Комплекс ГТФ-α-субъедини-ца отделяется от β,γ-димера и активирует АЦ (синтез цАМФ происходит в пределах нескольких секунд).
G-белки обладают собственной ГТФазной активностью:
ГТФ ? ГДФ. Спустя несколько минут после активации АЦ, собственная ГТФаза в составе активной α-субъединицы превра-щает ГТФ в ГДФ. Это индуцирует «самосборку» гетеротример-ного G-белка (неактивного) и проведение сигнала от гормона прерывается – самовыключение G-белка.
Слайд 45

Структура молекулы цАМФ. Установлена Д. Липкиным в 1959 г. (США). Первоначально

Структура молекулы цАМФ. Установлена Д. Липкиным в 1959 г. (США). Первоначально

биофункции молекулы оставались не известными.

аденилатциклаза (АЦ)
АТФ циклический-3’5’-АМФ + ФФн
ГТФ-α-субъединица Gs-белка

АЦ – трансмембранныий белок:
12 трансмембранных сегментов (6 сег-
ментов х 2, М1 и М2) и цитозольный
сегмент, С). Области С1 и С2 цитозоль-
ного фрагмента формируют каталити-
ческий центр.

цитоплазма

3

5

Слайд 46

Механизм повышения внутриклеточной концентрации цАМФ под влиянием адреналина GDP GTP В

Механизм повышения внутриклеточной концентрации
цАМФ под влиянием адреналина

GDP GTP

В ответ на

действие соответствующего стимула концентрация цАМФ в цитозоле увеличивается в 20 раз в течении нескольких секунд.
Слайд 47

Строение и функционирование ПКА Молекула ПКА состоит из 2 регуляторных (R)

Строение и функционирование ПКА
Молекула ПКА состоит из 2 регуляторных (R)

и 2 каталитичес-ких (C) субъединиц.
Тетрамерный комплекс 2R2C неактивен: аутоингибирующий домен в R - субъединице занимает субстратсвязывающие центры в каждой из С – субъединиц.
В результате связывания двух молекул цАМФ с каждой из R –субъединиц, последние претерпевают конформационные изменения в результате которых комплекс 2R2C диссоциирует, осовобождая две активированные каталитические С – субъеди-ницы.
Активированная ПКА распознает в белках-мишенях особые, консенсусные последовательности аминокислот и фосфори-лирует там остатки серина и треонина.
Слайд 48

цАМФ-зависимая протеинкиназа А (ПКА), серин/треониновая цАМФ ПКА киназа гликоген- фосфорилазы (неактивная)

цАМФ-зависимая протеинкиназа А (ПКА),
серин/треониновая

цАМФ

ПКА

киназа гликоген-
фосфорилазы
(неактивная)

киназа гликоген-
фосфорилазы

(активная, фосфорилирована по остаткам серина и треонина)

неактивная фосфоилаза-b

активная фосфорилаза-а
(фосфорилирована)

фосфоролитическое расщепление гликогена с освобождением
глюкозо-1-фосфата

+

+

+

P

P

P

Слайд 49

Белки, заякоривающие протеинкиназу А (AKAP – A kinase anchoring proteins). Эти

Белки, заякоривающие протеинкиназу А
(AKAP – A kinase anchoring proteins).

Эти белки обеспечивают физическую связь между каталити-ческой субъединицей (С) ПКА и специфической внутриклеточной структурой. Например: связывание и удерживание ПКА с микро-трубочками и актиновыми микрофиламинтами клеточного скеле-та, с Са2+-каналами, с митохондриями и ядром.
Благодаря различным заякоревающим белкам, содержащимся в различных типах клеток, цАМФ получает возможность в одних клетках стимулировать фосфорилирование белков в митохонд-риях, а в других клетках – фосфорилировать актиновые фила-менты.
Иными словами, ПКА «привязана к нужным белкам»; цАМФ её активирует, а ПКА, фосфорилируя «нужный» белок, изменяет его активность. Близкое расположение цАМФ-активируемых фермен-тов к «месту» их действия, по-видимому, важно для максимальной быстроты ответа.
Слайд 50

В клетках-мишенях каждого типа экспрессируется собствен-ный набор протеинкиназ А и киназа-активируемых

В клетках-мишенях каждого типа экспрессируется собствен-ный набор протеинкиназ А и

киназа-активируемых путей.
Одна система передачи информации может быть использова-на для контроля нескольких специфических биохимических процессов.
Слайд 51

Усиление сигнала от гормонов, действующих посредством вторичного мессенджера цАМФ. 1 молекула

Усиление сигнала от гормонов, действующих
посредством вторичного мессенджера цАМФ.
1

молекула гормона активирует 1 молекулу РЕЦЕПТОРА, который активирует несколько G-белков. Каждая молекула G-белка стимулирует несколько молекул АЦ. Каждая молекула АЦ синтез множество молекул цАМФ. цАМФ активирует одну молекулу ПКА, каждая из которых активирует множество мишеней: фосфорилаз гликогена. Итог каскада – усиление гормонального сигнала на несколько порядков.
Это объясняет, почему для эндокринной регуляции требуется очень низкая концентрация гормона в крови – как правило, 10-10 М.
Слайд 52

Механизмы прекращения сигнализации посредством рецептора и синтеза цАМФ: Включение собственной ГТФазной

Механизмы прекращения сигнализации посредством рецептора и синтеза цАМФ:
Включение собственной ГТФазной

активности α-субъединицы,
наступает через несколько минут после активации рецептором
Gs-белка. Замена ГТФ на ГДФ в составе α-субъединицы приво-
дит к потере её активности и сборке неактивного гетеротри-
мерного Gs-белка;
2. Снижение концентрации адреналина в крови приводит к дис-
социации комплекса гормон – рецептор;
3. Рецептор (находящийся в форме комплекса с гормоном) фос-
форилируется по цитозольному домену специфической ПКС,
что лишает рецептор способности контактировать с Gs-белком
и активировать его. Окончательная инактивация рецептора
происходит с участием белка аррестина: комплекс фосфори-
лированный рецептор-аррестин поглощается клеткой путем
эндоцитоза.
Слайд 53

4. Сама цАМФ разрушается с участием специфической фосфоди- эстеразы: фосфодиэстераза цАМФ

4. Сама цАМФ разрушается с участием специфической фосфоди-
эстеразы:
фосфодиэстераза

цАМФ АМФ (лишена свойств вторичного
мессенджера)
5. Специфические фосфатазы дефосфорилируют ферменты,
активированные ПКА.
Т.о., цАМФ образуется в пределах секундных интервалов вре-мени. Если не происходит постоянного образования всё новых комплексов гормон — рецептор, ответ также быстро прекраща-ется. Реакции, запускаемые цАМФ, быстрые, но скоротечные.
Слайд 54

Участие цАМФ в регулировании транскрипции белков. цАМФ способна имитировать действие стероидных

Участие цАМФ в регулировании транскрипции белков.
цАМФ способна имитировать действие

стероидных и тиреоид-ных гормонов, тем самым, вносить долговременные изменения в жизнедеятельность клетки.
Гены, регулируемые цАМФ, содержат цАМФ-чувствительные элементы (сАМР response elements): это последовательности, которые при стимуляции действуют в качестве энхансеров транскрипции.
Стимуляция цАМФ-чувствительных элементов идёт с участием специфической цАМФ-зависимой протеинкиназы, которая фосфорилирует белок, связывающий цАМФ-чувствительные элементы (cAMP responsive elements binding protein, CREB). Активированный CREB действует как транскрипционный фактор и связывается с цАМФ-чувствительными элементами ДНК.

цАМФ-регулируемые гены, содержат цАМФ-чувствительные элементы (сАМР response elements). CREB активируют элементы, которые действуют как энхансеры транскрипции. Гены, транскрибируемые при участии CREB, различаться в зависимости от типа клеток.

- Предыдущая
Особенности кинетики аллостерических ферментов
Следующая -
Принципы интеграции метаболических путей

Похожие презентации

Авангардизм в натюрморте настроения
Софийские соборы Киева и Новгорода
Состав слова - презентация для начальной школы_
Виды, разрезы, сечения. ГОСТ 2.305-2008
Обеспечение общественного порядка и противодействие преступности
Многогранники и их виды. Графические модели многогранников. (Лекция 5)
Восприятие русской аудиторией образа женщины-воина в современной японской массовой культуре
10 занятие_стом.ppt
Презентация на тему "ЛЕКАРСТВЕННЫЕ СРЕДСТВА ВЛИЯЮЩИЕ НА ФУНКЦИЮ ОРГАНОВ ПИЩЕВАРЕНИЯ" - скачать презентации по Медицине
Презентация "Семь чудес света" - скачать презентации по МХК
Футбольная форма и инвентарь
ЧРЕЗВЫЧАЙНЫЕ СИТУАЦИИ И МЕТОДЫ ЗАЩИТЫ В УСЛОВИЯХ ИХ РЕАЛИЗАЦИИ
Инфаркт миокарда
Нарышкинский детский сад «Солнышко».
Сommunication
Деятельность П.А.Сорокина Выполнили: Стародворов Вадим Ращупкин Артем
Циркуляция
День Святого Валентина
Бутик дизайнерской одежды “Salsa”. Бизнес-проект
Три медведя
ГОСУДАРСТВЕННЫЕ ЦЕННЫЕ БУМАГИ I. Общая характеристика II. Виды государственных ценных бумаг III. Ценные бумаги региональных ор
Расчет оборудования для транспортировки, питатели, дозаторы
Ми проти насильства та жорстокости
Турнир по теннису
Без названия
Обереги земли Тасу Ява в наше время
Параметры зубошевинговальных станков
Инвестиционный проект строительства административного здания
Вы можете прислать нам Вашу презентацию и мы опубликуем ее на сайте.
Обратная связь
Для правообладателей
Email: Нажмите что бы посмотреть