نماهای عمومیدر مورد مسیرهای انتقال سیگنال

برای اکثر مولکول های تنظیم کننده، بین اتصال آنها به گیرنده غشایی و پاسخ نهایی سلول، به عنوان مثال. با تغییر عملکرد آن، مجموعه های پیچیده ای از رویدادها در هم قرار می گیرند - مسیرهای انتقال سیگنال خاصی که در غیر این صورت نامیده می شوند از طریق مسیرهای انتقال سیگنال

مواد تنظیم کننده معمولا به غدد درون ریز، نوروکرین و پاراکرین تقسیم می شوند. غدد درون ریزتنظیم کننده (هورمون ها)برجسته شدن سلول های غدد درون ریزوارد خون می شوند و توسط آن به سلول های هدف منتقل می شوند که می توانند در هر نقطه از بدن قرار گیرند. نوروکرینتنظیم کننده ها توسط نورون ها در مجاورت سلول های هدف آزاد می شوند. پاراکرینمواد کمی دورتر از اهداف آزاد می شوند، اما همچنان به اندازه کافی به آنها نزدیک می شوند تا به گیرنده ها برسند. مواد پاراکرین توسط یک نوع سلول ترشح می‌شوند و روی دیگری اثر می‌کنند، اما در برخی موارد تنظیم‌کننده‌ها برای سلول‌هایی که آنها را ترشح می‌کنند یا برای سلول‌های مجاور از همان نوع در نظر گرفته می‌شوند. نامیده می شود اتوکرینمقررات.

در برخی موارد، آخرین مرحله انتقال سیگنال شامل فسفوریلاسیون برخی از پروتئین های مؤثر است که منجر به افزایش یا کاهش فعالیت آنها می شود و این به نوبه خود پاسخ سلولی لازم برای بدن را تعیین می کند. فسفوریلاسیون پروتئین ها انجام می شود پروتئین کینازهاو دفسفوریلاسیون - پروتئین فسفاتازها

تغییرات در فعالیت پروتئین کیناز در نتیجه اتصال یک مولکول تنظیم کننده (به طور کلی به نام لیگاند)با گیرنده غشایی خود، که باعث ایجاد آبشارهایی از رویدادها می شود، که برخی از آنها در شکل نشان داده شده است (شکل 2-1). فعالیت پروتئین کینازهای مختلف توسط گیرنده نه به طور مستقیم، بلکه از طریق تنظیم می شود پیام رسان های ثانویه(واسطه های ثانویه) که نقش آنها را مثلاً AMP حلقوی (cAMP)، GMP حلقوی (cGMP)، Ca2+، اینوزیتول-1،4،5-تری فسفات (IP 3)و دی اسیل گلیسرول (DAG).در این حالت، اتصال لیگاند به گیرنده غشایی باعث تغییر سطح درون سلولی پیام رسان دوم می شود که به نوبه خود بر فعالیت پروتئین کیناز تأثیر می گذارد. بسیاری از تنظیم کننده ها

این مولکول ها از طریق مسیرهای انتقال سیگنال شامل فرآیندهای سلولی تأثیر می گذارند پروتئین های متصل شونده به GTP هتروتریمر (پروتئین های هتروتریمری G)یا پروتئین های مونومر متصل شونده به GTP (پروتئین های مونومر G).

وقتی مولکول‌های لیگاند به گیرنده‌های غشایی که با پروتئین‌های هتروتریمری G تعامل دارند، متصل می‌شوند، پروتئین G با اتصال به GTP به حالت فعال تبدیل می‌شود. سپس پروتئین G فعال شده می تواند با بسیاری از آنها تعامل داشته باشد پروتئین های موثردر درجه اول توسط آنزیم هایی مانند آدنیلات سیکلاز، فسفودی استراز، فسفولیپاز C، A2و D.این فعل و انفعال زنجیره‌ای از واکنش‌ها را آغاز می‌کند (شکل 2-1)، که با فعال شدن پروتئین کینازهای مختلف، مانند پروتئین کیناز A (PKA)، پروتئین کیناز G (PKG)، پروتئین کیناز C (PKI).

به طور کلی، مسیر انتقال سیگنال شامل G-پروتئین ها - پروتئین کینازها شامل مراحل زیر است.

1. لیگاند به گیرنده ای روی غشای سلولی متصل می شود.

2. گیرنده متصل به لیگاند، در تعامل با پروتئین G، آن را فعال می کند و پروتئین G فعال شده به GTP متصل می شود.

3. پروتئین G فعال شده با یک یا چند ترکیب از ترکیبات زیر تعامل می کند: آدنیلات سیکلاز، فسفودی استراز، فسفولیپازهای C، A 2، D، آنها را فعال یا مهار می کند.

4. سطح درون سلولی یک یا چند پیام رسان دوم مانند cAMP، cGMP، Ca 2+، IP 3 یا DAG افزایش یا کاهش می یابد.

5. افزایش یا کاهش غلظت پیام رسان دوم بر فعالیت یک یا چند پروتئین کیناز وابسته به آن تأثیر می گذارد، مانند پروتئین کیناز وابسته به cAMP (پروتئین کیناز A)، پروتئین کیناز وابسته به cGMP (PKG). پروتئین کیناز وابسته به کالمودولین(CMPC)، پروتئین کیناز C. تغییر در غلظت پیام رسان دوم می تواند یک یا آن کانال یونی را فعال کند.

6. سطح فسفوریلاسیون یک آنزیم یا کانال یونی تغییر می کند که بر فعالیت کانال یونی تأثیر می گذارد و پاسخ نهایی سلول را تعیین می کند.

برنج. 2-1. برخی از وقایع به لطف پیام رسان های ثانویه در سلول تحقق یافتند.

نام ها: * - آنزیم فعال

گیرنده های غشایی جفت شده با پروتئین G

گیرنده های غشایی که واسطه فعال سازی وابسته به آگونیست پروتئین های G هستند، خانواده خاصی از پروتئین ها را با بیش از 500 عضو تشکیل می دهند. این شامل α- و β-آدرنرژیک، استیل کولین موسکارینی، سروتونین، آدنوزین، گیرنده های بویایی، رودوپسین و همچنین گیرنده های اکثر هورمون های پپتیدی است. اعضای خانواده گیرنده های جفت شده با پروتئین G دارای هفت مارپیچ α گذرنده هستند (شکل 2-2 A) که هر کدام حاوی 22-28 باقیمانده اسید آمینه عمدتاً آبگریز است.

برای برخی لیگاندها مانند استیل کولین، اپی نفرین، نوراپی نفرین و سروتونین، انواع مختلفی از گیرنده های جفت شده با پروتئین G شناخته شده است. آنها اغلب در تمایل خود به آگونیست ها و آنتاگونیست های رقابتی متفاوت هستند.

در زیر (شکل 2-2 B) سازمان مولکولی آدنیلات سیکلاز، آنزیمی که cAMP (اولین پیام رسان باز دوم) تولید می کند، ارائه شده است. مسیر تنظیمی آدنیلات سیکلاز به عنوان مسیر انتقال سیگنال با واسطه پروتئین G در نظر گرفته می شود.

آدنیلات سیکلاز به عنوان پایه ای برای کنترل مثبت یا منفی مسیرهای انتقال سیگنال از طریق پروتئین های G عمل می کند. در یک کنترل مثبت، اتصال یک لیگاند محرک، مانند اپی نفرین، که از طریق گیرنده های β-آدرنرژیک عمل می کند، منجر به فعال شدن پروتئین های هتروتریمری G با زیرواحد α از نوع as ("s" مخفف تحریک می شود). فعال‌سازی پروتئین‌های Gs نوع G توسط گیرنده متصل به لیگاند باعث می‌شود که زیرواحد آن به GTP متصل شود و سپس از β-دایمر جدا شود.

شکل 2-2 B نشان می دهد که چگونه فسفولیپاز C فسفاتیدیل 4،5-بیس فسفات را به اینوزیتول 1،4،5-تری فسفات و دی آسیل گلیسرول تجزیه می کند. هر دو ماده، اینوزیتول 1،4،5-تری فسفات و دی آسیل گلیسرول، پیام رسان های ثانویه هستند. IP3، با اتصال به کانال های Ca2+ وابسته به لیگاند خاص شبکه آندوپلاسمی، Ca2+ را از آن آزاد می کند، یعنی. غلظت Ca2+ را در سیتوزول افزایش می دهد. دی اسیل گلیسرول همراه با Ca2+ دیگری را فعال می کند کلاس مهمپروتئین کیناز - پروتئین کیناز C.

سپس ساختار چند پیام رسان دوم نشان داده شده است (شکل 2-2 D-E): cAMP، GMP،

cGMP.

برنج. 2-2. نمونه هایی از سازماندهی مولکولی برخی از ساختارهای درگیر در مسیرهای انتقال سیگنال.

A یک گیرنده غشای سلولی است که یک لیگاند را در سطح بیرونی و یک پروتئین G هتروتریمر را در داخل متصل می کند. ب - سازمان مولکولی آدنیلات سیکلاز. ب-ساختار فسفاتیدیلینوزیتول-4،5-دی فسفات و اینوزیتول-1،4،5-تری فسفات و دی اسیل گلیسرول تحت تأثیر فسفولیپاز C تشکیل می شود. د - ساختار AMP حلقوی 3،5 اینچ (فعال کننده پروتئین کیناز A). د - ساختار HMF. E - ساختار GMP حلقوی 3،5 اینچ (فعال کننده پروتئین کیناز G)

پروتئین های هتروتریمری G

پروتئین هتروتریمری G از سه زیر واحد تشکیل شده است: α (40000-45000 Da)، β (حدود 37000 Da) و γ (8000-10000 Da). اکنون حدود 20 ژن مختلف که این زیرواحدها را کد می کنند شناخته شده اند، از جمله حداقل چهار ژن زیرواحد β و تقریباً هفت ژن زیر واحد γ پستانداران. عملکرد و ویژگی یک پروتئین G معمولاً، اگرچه نه همیشه، توسط زیرواحد α آن تعیین می شود. در بیشتر پروتئین های G، زیرواحدهای β و γ به طور محکم به یکدیگر مرتبط هستند. برخی از پروتئین های هتروتریمری G و مسیرهای انتقالی که در آن درگیر هستند در جدول ذکر شده است. 2-1.

پروتئین های هتروتریمریک G به عنوان واسطه بین گیرنده های غشای پلاسما برای بیش از 100 ماده تنظیم کننده خارج سلولی و فرآیندهای درون سلولی که آنها کنترل می کنند، عمل می کنند. به طور کلی، اتصال یک ماده تنظیم‌کننده به گیرنده‌اش، پروتئین G را فعال می‌کند، که یا آنزیم را فعال یا مهار می‌کند و/یا زنجیره‌ای از رویدادها را ایجاد می‌کند که منجر به فعال شدن کانال‌های یونی خاص می‌شود.

در شکل 2-3 ارائه شده است اصل کلیکار پروتئین های G هتروتریمری در اکثر پروتئین های G، زیرواحد α "کارگر" پروتئین های هتروتریمری G است. فعال شدن بیشتر پروتئین های G منجر به تغییر ساختاری در این زیر واحد می شود. پروتئین های G غیر فعال عمدتاً به شکل هتروتیمرهای αβγ وجود دارند.

با تولید ناخالص داخلی در موقعیت های اتصال به نوکلئوتید. برهمکنش پروتئین‌های G هتروتریمری با گیرنده متصل به لیگاند منجر به تبدیل زیرواحد α به شکل فعال با افزایش میل ترکیبی برای GTP و کاهش میل ترکیبی برای کمپلکس βγ می‌شود. در نتیجه، زیرواحد α فعال شده GDP را آزاد می کند، GTP را متصل می کند و سپس از دیمر βγ جدا می شود. برای اکثر پروتئین‌های G، زیرواحد α جدا شده سپس با پروتئین‌های مؤثر در مسیر انتقال سیگنال تعامل می‌کند. با این حال، برای برخی از پروتئین‌های G، دیمر منتشر شده ممکن است مسئول تمام یا برخی از اثرات کمپلکس گیرنده لیگاند باشد.

عملکرد برخی از کانال های یونی توسط پروتئین های G به طور مستقیم تعدیل می شود، به عنوان مثال. بدون مشارکت پیام رسان های ثانویه به عنوان مثال، اتصال استیل کولین به گیرنده های موسکارینی M2 در قلب و برخی نورون ها منجر به فعال شدن کلاس خاصی از کانال های K + می شود. در این حالت، اتصال استیل کولین به گیرنده موسکارینی منجر به فعال شدن پروتئین G می شود. سپس زیرواحد α فعال شده آن از β-دایمر جدا می شود و βγ-دایمر مستقیماً با کلاس خاصی از کانال های K+ تعامل می کند و آنها را به حالت باز می آورد. اتصال استیل کولین به گیرنده های موسکارینی که باعث افزایش هدایت K+ سلول های ضربان ساز در گره سینوسی دهلیزی قلب می شود، یکی از مکانیسم های اصلی است که اعصاب پاراسمپاتیک باعث کاهش ضربان قلب می شوند.

برنج. 2-3. اصل عملکرد پروتئین های متصل شونده به GTP هتروتریمر (پروتئین های G هتروتریمر).

جدول 2-1.برخی از پروتئین های هتروتریمری متصل شونده به GTP پستانداران، طبقه بندی شده بر اساس زیرواحد α آنها*

* در هر کلاس از زیرواحدهای α، چندین ایزوفرم متمایز می شوند. بیش از 20 زیرواحد α شناسایی شده است.

پروتئین های مونومر G

سلول ها حاوی خانواده دیگری از پروتئین های متصل شونده به GTP به نام هستند مونومرپروتئین های متصل شونده به GTP آنها همچنین به عنوان شناخته شده است پروتئین های G با وزن مولکولی کمیا پروتئین های G کوچک(وزن مولکولی 20000-35000 دا). جدول 2-2 زیرمجموعه های اصلی پروتئین های مونومر متصل شونده به GTP و برخی از خواص آنها را فهرست می کند. پروتئین های مونومر متصل شونده به GTP Ras و Rho در مسیر انتقال سیگنال در مرحله انتقال سیگنال از تیروزین کیناز، گیرنده فاکتور رشد، به عوامل درون سلولی نقش دارند. از جمله فرآیندهای تنظیم شده توسط مسیرهای انتقال سیگنال که در آن پروتئین های مونومر متصل به GTP درگیر هستند، طولانی شدن زنجیره پلی پپتیدی در طول سنتز پروتئین، تکثیر و تمایز سلول ها، انحطاط بدخیم آنها، کنترل اسکلت سلولی اکتین، ارتباط بین اسکلت سلولی است.

و ماتریکس خارج سلولی، انتقال وزیکول ها بین اندامک های مختلف و ترشح اگزوسیتوز.

پروتئین های مونومر متصل شونده به GTP، مانند همتایان هتروتریمری خود، سوئیچ های مولکولی هستند که به دو شکل وجود دارند - فعال "روشن" و غیرفعال "خاموش" (شکل 2-4 B). با این حال، فعال سازی و غیرفعال سازی پروتئین های مونومر متصل شونده به GTP نیاز به پروتئین های تنظیمی اضافی دارد که تا آنجایی که مشخص است، برای عملکرد پروتئین های هتروتریمری G لازم نیست. پروتئین های مونومر G فعال می شوند پروتئین های آزاد کننده نوکلئوتید گوانین،و غیر فعال می شوند پروتئین های فعال کننده GTPaseبنابراین، فعال سازی و غیرفعال شدن پروتئین های مونومر متصل شونده به GTP توسط سیگنال هایی کنترل می شود که فعالیت را تغییر می دهند. پروتئین های آزاد کننده نوکلئوتید گوانینیا پروتئین های فعال کننده GTPaseبه جای هدف قرار دادن مستقیم پروتئین های G مونومر.

برنج. 2-4. اصل عملکرد پروتئین های مونومر متصل شونده به GTP (پروتئین های G مونومر).

جدول 2-2.زیرخانواده‌های پروتئین‌های مونومر متصل شونده به GTP و برخی فرآیندهای درون سلولی که توسط آنها تنظیم می‌شوند.

مکانیسم عملکرد پروتئین های G هتروتریمری

پروتئین های G غیرفعال عمدتاً به شکل هتروتیمرهای αβγ با GDP در موقعیت های اتصال به نوکلئوتید خود وجود دارند (شکل 2-5 A). برهمکنش پروتئین‌های G هتروتریمری با گیرنده متصل به لیگاند منجر به تبدیل زیرواحد α به شکل فعال می‌شود که میل ترکیبی بیشتری برای GTP و میل ترکیبی کاهش یافته برای کمپلکس βγ دارد (شکل 2-5 B. ). در بیشتر پروتئین های هتروتریمری G، زیرواحد α ساختاری است که اطلاعات را منتقل می کند. فعال شدن بیشتر پروتئین های G منجر به تغییر ساختاری در زیر واحد α می شود.

در نتیجه، زیرواحد α فعال شده GDP را آزاد می کند، GTP را متصل می کند (شکل 2-5 B)، و سپس از دایمر βγ جدا می شود (شکل 2-5 D). در اکثر پروتئین‌های G، زیرواحد α جدا شده بلافاصله با پروتئین‌های مؤثر (E1) در مسیر انتقال سیگنال تعامل می‌کند (شکل 2-5 D). با این حال، برای برخی از پروتئین‌های G، دیمر منتشر شده ممکن است مسئول تمام یا برخی از اثرات کمپلکس گیرنده لیگاند باشد. سپس دایمر βγ با پروتئین موثر E 2 برهمکنش می کند (شکل 2-5 E). اعضای خانواده پروتئین RGS G بیشتر نشان داده شده اند که هیدرولیز GTP را تحریک می کنند (شکل 2-5 E). این امر زیرواحد α را غیرفعال می کند و همه زیرواحدها را در یک هتروتریمر αβγ ترکیب می کند.

برنج. 2-5. چرخه عملکرد یک پروتئین G هتروتریمری، که زنجیره بیشتری از رویدادها را با کمک آن آغاز می کند.α -زیر واحدها

نام‌ها: گیرنده R، لیگاند L، پروتئین موثر E

مسیرهای انتقال سیگنال از طریق پروتئین های هتروتریمری G

شکل 2-6 A سه لیگاند، گیرنده های آنها را با پروتئین های مختلف G جفت شده و اهداف مولکولی آنها را نشان می دهد. آدنیلات سیکلاز پایه ای برای کنترل مثبت یا منفی مسیرهای انتقال سیگنال است که توسط پروتئین های G واسطه می شوند. در یک کنترل مثبت، اتصال یک لیگاند محرک مانند نوراپی نفرین که از طریق گیرنده های β-آدرنرژیک عمل می کند، منجر به فعال شدن پروتئین های هتروتریمری G با زیرواحد α S از نوع α S ("s" مخفف تحریک است). بنابراین، چنین پروتئین G، پروتئین G S-type G نامیده می شود. فعال‌سازی پروتئین‌های نوع G توسط یک گیرنده متصل به لیگاند باعث می‌شود زیرواحد α s آن به GTP متصل شود و سپس از β-دایمر جدا شود.

سایر مواد تنظیم کننده مانند اپی نفرین که از طریق گیرنده های α 2 یا آدنوزین از طریق گیرنده های α 1 عمل می کند یا دوپامین که از طریق گیرنده های D 2 عمل می کند، در کنترل منفی یا مهاری آدنیلات سیکلاز نقش دارند. این مواد تنظیم‌کننده پروتئین‌های G i نوع G را فعال می‌کنند که دارای زیرواحد α از نوع αi هستند ("i" به معنای بازدارندگی است). اتصال لیگاند بازدارنده به آن

گیرنده، نوع G-پروتئین های G را فعال می کند و باعث جدا شدن زیرواحد α i از β-دایمر می شود. زیرواحد α i فعال شده به آدنیلات سیکلاز متصل می شود و فعالیت آن را سرکوب می کند. علاوه بر این، دایمرهای βγ می توانند زیر واحدهای α s آزاد را متصل کنند. به این ترتیب، اتصال β-دایمرها به زیرواحد α-s آزاد، تحریک آدنیلات سیکلاز را بیشتر سرکوب می‌کند و عملکرد لیگاندهای تحریک‌کننده را مسدود می‌کند.

دسته دیگری از آگونیست‌های خارج سلولی (شکل 2-6 A) به گیرنده‌هایی متصل می‌شوند که از طریق پروتئین G به نام Gq، ایزوفرم β فسفولیپاز C را فعال می‌کنند. فسفاتیدیلینوزیتول 4،5-بیس فسفات (یک فسفولیپید موجود در مقادیر کم) را می‌شکند. در غشای پلاسمایی) به اینوزیتول 1،4،5-تری فسفات و دی آسیل گلیسرول، که پیام رسان های ثانویه هستند. IP 3، اتصال به کانال های Ca2+ وابسته به لیگاند خاص شبکه آندوپلاسمی، Ca2+ را از آن آزاد می کند، یعنی. غلظت Ca2+ را در سیتوزول افزایش می دهد. کانال های Ca2+ شبکه آندوپلاسمی در جفت شدن الکترومکانیکی در ماهیچه های اسکلتی و قلبی نقش دارند. دی اسیل گلیسرول همراه با Ca2+ پروتئین کیناز C را فعال می کند. سوبستراهای آن شامل پروتئین هایی است که در تنظیم تقسیم سلولی نقش دارند.

برنج. 2-6. نمونه هایی از مسیرهای انتقال سیگنال از طریق پروتئین های هتروتریمری G.

الف - در سه مثال ذکر شده، اتصال یک انتقال دهنده عصبی به گیرنده منجر به فعال شدن پروتئین G و متعاقب آن فعال شدن مسیرهای پیام رسان دوم می شود. G s، G q و G i دلالت بر سه دارند انواع مختلفپروتئین های هتروتریمری G ب- تنظیم پروتئین های سلولی توسط فسفوریلاسیون منجر به افزایش یا کاهش فعالیت آنها می شود و این به نوبه خود واکنش سلولی لازم برای بدن را تعیین می کند. فسفوریلاسیون پروتئین توسط پروتئین کینازها و دفسفوریلاسیون توسط پروتئین فسفاتازها انجام می شود. پروتئین کیناز یک گروه فسفات (Pi) را از ATP به باقی مانده های پروتئین های سرین، ترئونین یا تیروزین منتقل می کند. این فسفوریلاسیون ساختار و عملکرد پروتئین های سلولی را به طور برگشت پذیر تغییر می دهد. هر دو نوع آنزیم، کینازها و فسفاتازها، توسط پیام رسان های ثانویه درون سلولی مختلف تنظیم می شوند.

مسیرهای فعال سازی پروتئین کینازهای داخل سلولی

برهمکنش پروتئین های G هتروتریمری با گیرنده متصل به لیگاند منجر به تبدیل زیرواحد α به شکل فعال می شود که میل ترکیبی بیشتری برای GTP و میل ترکیبی کاهش یافته برای کمپلکس βγ دارد. فعال شدن بیشتر پروتئین های G منجر به تغییر ساختاری در زیر واحد α می شود که GDP را آزاد می کند، GTP را متصل می کند و سپس از دایمر βγ جدا می شود. سپس زیرواحد α جدا شده با پروتئین های موثر در مسیر انتقال سیگنال تعامل می کند.

شکل 2-7 A فعال شدن پروتئین های هتروتریمری G s-نوع G را با زیرواحد α s-نوع نشان می دهد که به دلیل اتصال به لیگاند گیرنده رخ می دهد و منجر به اتصال زیرواحد α-s از پروتئین های G s-type می شود. GTP و سپس از βγ-dimer جدا می شود و سپس با آن تعامل می کند آدنیلات سیکلازاین منجر به افزایش سطح cAMP و فعال شدن PKA می شود.

شکل 2-7 B فعال شدن پروتئین های هتروتریمری G t نوع G را با زیرواحد α t نوع α نشان می دهد که به دلیل اتصال به لیگاند گیرنده رخ می دهد و منجر به این واقعیت می شود که زیرواحد α t از نوع G t پروتئین G فعال می شود و سپس از β-دایمر جدا می شود و سپس با آن تعامل می کند فسفودی استرازاین منجر به افزایش سطح cGMP و فعال شدن PKG می شود.

گیرنده کاتکول آمین α 1 با زیر واحد G αq که فسفولیپاز C را فعال می کند برهمکنش می کند. شکل 2-7 B فعال شدن پروتئین های هتروتریمری G از نوع G αq را با زیر واحد α از نوع α q نشان می دهد که به دلیل اتصال رخ می دهد. از لیگاند به گیرنده می رسد و منجر به این می شود که زیرواحد αq از پروتئین های G نوع G αq فعال می شود و سپس از β-دایمر جدا می شود و سپس با آن تعامل می کند. فسفولیپاز C.فسفاتیدیل 4،5-دی فسفات را به IP 3 و DAG می شکافد. این منجر به افزایش سطح IP 3 و DAG می شود. IP 3، اتصال به کانال های Ca2+ وابسته به لیگاند خاص شبکه آندوپلاسمی،

Ca 2+ را از آن منتشر می کند. DAG باعث فعال شدن پروتئین کیناز C می شود. در یک سلول تحریک نشده، مقدار قابل توجهی از این آنزیم در سیتوزول به صورت غیر فعال است. Ca 2 + باعث می شود پروتئین کیناز C به سطح داخلی غشای پلاسما متصل شود. در اینجا آنزیم می تواند توسط دی اسیل گلیسرول فعال شود که از هیدرولیز فسفاتیدیل لینوزیتول 4،5-بیس فسفات تشکیل می شود. فسفاتیدیل سرین غشایی همچنین می تواند یک فعال کننده پروتئین کیناز C باشد اگر آنزیم در غشاء قرار داشته باشد.

حدود 10 ایزوفرم پروتئین کیناز C توصیف شده است. اگرچه برخی از آنها در بسیاری از سلول های پستانداران وجود دارند، زیرگروه های γ و ε عمدتا در سلول های سیستم عصبی مرکزی یافت می شوند. سیستم عصبی. زیرگروه های پروتئین کیناز C نه تنها در توزیع آنها در بدن، بلکه ظاهراً در مکانیسم های تنظیم فعالیت آنها نیز متفاوت است. برخی از آنها در سلول های تحریک نشده با غشای پلاسمایی مرتبط هستند، به عنوان مثال. برای فعال سازی نیازی به افزایش غلظت Ca 2 + نیست. برخی از ایزوفرم های پروتئین کیناز C توسط اسید آراشیدونیک یا سایر اسیدهای چرب غیر اشباع فعال می شوند.

فعال سازی گذرا اولیه پروتئین کیناز C تحت تأثیر دی آسیل گلیسرول، که با فعال شدن فسفولیپاز C β آزاد می شود و همچنین تحت تأثیر Ca2+ آزاد شده از ذخایر داخل سلولی توسط IP 3 رخ می دهد. فعال شدن طولانی مدت پروتئین کیناز C توسط فسفولیپازهای A2 و D وابسته به گیرنده تحریک می شود. آنها عمدتاً روی فسفاتیدیل کولین، فسفولیپید اصلی غشاء عمل می کنند. فسفولیپاز A 2 اسید چرب در موقعیت دوم (معمولا غیر اشباع) و لیزوفسفاتیدیل کولین را از آن جدا می کند. هر دوی این محصولات ایزوفرم های خاصی از پروتئین کیناز C را فعال می کنند. فسفولیپاز D وابسته به گیرنده فسفاتیدیل کولین را تجزیه می کند و اسید فسفاتیدیک و کولین تشکیل می شود. اسید فسفاتیدیک بیشتر به دی آسیل گلیسرول تبدیل می شود که در تحریک طولانی مدت پروتئین کیناز C نقش دارد.

برنج. 2-7. اصول اولیه فعال سازی پروتئین کیناز A، پروتئین کیناز G و پروتئین کیناز C.

نام ها: گیرنده R، لیگاند L

پروتئین کیناز وابسته به cAMP (پروتئین کیناز A) و مسیرهای سیگنال دهی مرتبط

در غیاب cAMP، پروتئین کیناز وابسته به cAMP (پروتئین کیناز A) از چهار زیر واحد تشکیل شده است: دو زیرواحد تنظیمی و دو کاتالیزوری. در اکثر انواع سلول، زیر واحد کاتالیزوری یکسان است و زیر واحدهای تنظیمی بسیار خاص هستند. وجود زیر واحدهای تنظیمی تقریباً به طور کامل فعالیت آنزیمی مجموعه را سرکوب می کند. بنابراین، فعال سازی فعالیت آنزیمی پروتئین کیناز وابسته به cAMP باید شامل تفکیک زیر واحدهای تنظیمی از مجموعه باشد.

فعال سازی در حضور غلظت های میکرومولاری cAMP رخ می دهد. هر زیر واحد تنظیمی دو مولکول خود را متصل می کند. اتصال cAMP باعث ایجاد تغییرات ساختاری در زیرواحدهای تنظیمی و کاهش میل تعامل آنها با زیر واحدهای کاتالیزوری می شود. در نتیجه، زیر واحدهای تنظیمی از زیر واحدهای کاتالیزوری جدا شده و زیر واحدهای کاتالیزوری فعال می شوند. زیرواحد کاتالیزوری فعال پروتئین های هدف را در باقیمانده های خاص سرین و ترئونین فسفریله می کند.

مقایسه توالی آمینو اسیدهای وابسته به cAMP و سایر کلاس های پروتئین کینازها نشان می دهد که علیرغم تفاوت های شدید در خواص تنظیمی آنها، همه این آنزیم ها در ساختار اولیه قسمت میانی بسیار همولوگ هستند. این قسمت حاوی دامنه اتصال ATP و محل فعال آنزیم است که انتقال فسفات از ATP به پروتئین گیرنده را تضمین می کند. نواحی کیناز فراتر از این بخش میانی کاتالیزوری پروتئین در تنظیم فعالیت کیناز نقش دارند.

ساختار کریستالی زیرواحد کاتالیزوری پروتئین کیناز وابسته به cAMP نیز تعیین شده است. بخش میانی کاتالیزوری مولکول، موجود در تمام پروتئین کینازهای شناخته شده، از دو قسمت تشکیل شده است. بخش کوچکتر شامل یک محل اتصال غیر معمول ATP و بخش بزرگتر حاوی یک محل اتصال پپتیدی است. بسیاری از پروتئین کینازها همچنین حاوی یک ناحیه تنظیم کننده هستند که به آن می گویند دامنه شبه سوبسترادر توالی اسید آمینه، شبیه مناطق فسفریل پذیر پروتئین های سوبسترا است. دامنه شبه سوبسترا با اتصال به محل فعال پروتئین کیناز، فسفوریلاسیون سوبستراهای واقعی پروتئین کیناز را مهار می کند. فعال سازی کیناز ممکن است شامل فسفوریلاسیون یا اصلاح آلوستریک غیر کووالانسی پروتئین کیناز برای از بین بردن اثر بازدارندگی دامنه کاذب باشد.

برنج. 2-8. پروتئین کیناز A وابسته به cAMP و اهداف.

هنگامی که اپی نفرین به گیرنده مربوطه خود متصل می شود، فعال شدن زیرواحد α s باعث تحریک آدنیلات سیکلاز برای افزایش سطح cAMP می شود. cAMP پروتئین کیناز A را فعال می کند که از طریق فسفوریلاسیون، سه اثر اصلی دارد. (1) پروتئین کیناز A گلیکوژن فسفوریلاز کیناز را فعال می کند که فسفریله و فعال گلیکوژن فسفوریلاز می شود. (2) پروتئین کیناز A گلیکوژن سنتاز را غیرفعال می کند و در نتیجه تشکیل گلیکوژن را کاهش می دهد. (3) پروتئین کیناز A مهارکننده فسفوپروتئین فسفاتاز-1 را فعال می کند و در نتیجه فسفاتاز را مهار می کند. اثر کلی هماهنگ کردن تغییرات در سطح گلوکز است.

نامگذاری: UDP-گلوکز - یوریدین دی فسفات گلوکز

تنظیم هورمونی فعالیت آدنیلات سیکلاز

شکل 2-9 A مکانیسم اصلی تحریک و مهار آدنیلات سیکلاز ناشی از هورمون را نشان می دهد. برهمکنش یک لیگاند با یک گیرنده مرتبط با یک زیرواحد α از نوع α s (محرک) باعث فعال شدن آدنیلات سیکلاز می شود، در حالی که برهمکنش یک لیگاند با یک گیرنده مرتبط با یک زیرواحد α از نوع α i (بازدارنده) باعث مهار آنزیم زیرواحد G βγ در هر دو پروتئین G محرک و مهارکننده یکسان است. زیر واحدها و گیرنده های G α متفاوت هستند. تشکیل کمپلکس‌های فعال Gα GTP توسط لیگاند از طریق مکانیسم‌های مشابه در پروتئین‌های Gαs و Gαi اتفاق می‌افتد. با این حال، Gαs GTP و G αi GTP با آدنیلات سیکلاز تعامل متفاوتی دارند. یکی (G αs GTP) تحریک می کند و دیگری G αi GTP) فعالیت کاتالیزوری آن را مهار می کند.

شکل 2-9 B مکانیسم فعال سازی و مهار آدنیلات سیکلاز القا شده توسط هورمون های خاص را نشان می دهد. گیرنده های β 1 - ، β 2 - و D 1 با زیر واحدهایی که آدنیلات سیکلاز را فعال می کنند و سطح cAMP را افزایش می دهند تعامل دارند. گیرنده های α2 و D2 با زیرواحدهای G αi تعامل دارند که آدنیلات سیکلاز را مهار می کنند. (در مورد گیرنده α 1، با زیرواحد G که فسفولیپاز C را فعال می کند، برهمکنش می کند.) یکی از مثال های ارائه شده در شکل را در نظر بگیرید. اپی نفرین به گیرنده β 1 متصل می شود که منجر به فعال شدن پروتئین G αs می شود که آدنیلات سیکلاز را تحریک می کند. این منجر به افزایش سطح cAMP داخل سلولی می شود و در نتیجه فعالیت PKA را افزایش می دهد. از سوی دیگر، نوراپی نفرین به گیرنده α2 متصل می شود که منجر به فعال شدن پروتئین Gαi می شود که آدنیلات سیکلاز را مهار می کند و در نتیجه سطح داخل سلولی cAMP را کاهش می دهد و فعالیت PKA را کاهش می دهد.

برنج. 2-9. فعال سازی و مهار آدنیلات سیکلاز ناشی از لیگاند (هورمون).

A مکانیسم اساسی است. ب - مکانیسم در رابطه با هورمون های خاص

پروتئین کیناز C و مسیرهای سیگنال دهی مرتبط

گیرنده α 1 با زیر واحد G αq پروتئین G تعامل دارد که فسفولیپاز C را فعال می کند. IP 3، اتصال به کانال های Ca2+ وابسته به لیگاند خاص شبکه آندوپلاسمی، Ca2+ را از آن آزاد می کند، یعنی. غلظت Ca2+ را در سیتوزول افزایش می دهد. DAG باعث فعال شدن پروتئین کیناز C می شود. در یک سلول تحریک نشده، این آنزیم در سیتوزول غیر فعال است.

فرم. اگر سطح سیتوزولی Ca 2+ افزایش یابد، Ca2+ با پروتئین کیناز C برهمکنش می کند که منجر به اتصال پروتئین کیناز C به سطح داخلی غشای سلولی می شود. در این موقعیت، آنزیم توسط دی آسیل گلیسرول تشکیل شده در طی هیدرولیز فسفاتیدیل‌نوزیتول-4،5-دی فسفات فعال می‌شود. فسفاتیدیل سرین غشایی همچنین می تواند یک فعال کننده پروتئین کیناز C باشد اگر آنزیم در غشاء قرار داشته باشد.

جدول 2-3 ایزوفرم های پروتئین کیناز C پستانداران و خواص این ایزوفرم ها را فهرست می کند.

جدول 2-3.خواص ایزوفرم پروتئین کیناز C پستانداران

DAG - دی اسیل گلیسرول؛ PS - فسفاتیدیل سرین؛ FFA - اسیدهای چرب غیر اشباع سیس؛ LPC - لیزوفسفاتیدیل کولین.

برنج. 2-10. مسیرهای سیگنال دهی دی آسیل گلیسرول/اینوزیتول 1،4،5-تری فسفات

فسفولیپازها و مسیرهای سیگنال دهی مرتبط با استفاده از مثال اسید آراشیدونیک

برخی از آگونیست ها از طریق پروتئین های G فعال می شوند فسفولیپاز A 2،که روی فسفولیپیدهای غشایی اثر می کند. محصولات حاصل از واکنش آنها می تواند پروتئین کیناز C را فعال کند. به ویژه، فسفولیپاز A 2 اسید چرب واقع در موقعیت دوم را از فسفولیپیدها جدا می کند. با توجه به اینکه برخی از فسفولیپیدها حاوی اسید آراشیدونیک در این موقعیت هستند که توسط فسفولیپاز A 2 ایجاد می شود، تجزیه این فسفولیپیدها مقدار قابل توجهی از آن را آزاد می کند.

مسیر سیگنال دهی فوق شرح داده شده اسید آراشیدونیک مرتبط با فسفولیپاز A 2 مستقیم نامیده می شود. مسیر غیرمستقیم فعال شدن آراشیدونیک اسید با فسفولیپاز C β مرتبط است.

اسید آراشیدونیک خود یک مولکول موثر است و علاوه بر این، به عنوان پیش ساز سنتز درون سلولی عمل می کند. پروستاگلاندین ها، پروستاسیکلین ها، ترومبوکسان هاو لکوترین ها- کلاس های مهم مولکول های تنظیم کننده. اسید آراشیدونیک نیز از محصولات تجزیه دی اسیل گلیسرول ها تشکیل می شود.

پروستاگلاندین ها، پروستاسیکلین ها و ترومبوکسان ها از اسید آراشیدونیک سنتز می شوند مسیر وابسته به سیکلواکسیژناز،و لکوترین ها - مسیر وابسته به لیپوکسیژنازیکی از اثرات ضد التهابی گلوکوکورتیکوئیدها دقیقاً مهار فسفولیپاز A 2 است که اسید آراشیدونیک را از فسفولیپیدها آزاد می کند. اسید استیل سالیسیلیک(آسپرین ) و سایر داروهای ضد التهابی غیر استروئیدی اکسیداسیون اسید آراشیدونیک توسط سیکلواکسیژناز را مهار می کنند.

برنج. 2-11. مسیرهای سیگنال دهی اسید آراشیدونیک

عناوین: PG - پروستاگلاندین، LH - لکوترین، GPETE - هیدروپروکسی ایکوزاتترانوات، GETE - هیدروکسی ایکوزاتترانوات، EPR - شبکه آندوپلاسمی

کالمودولین: ساختار و عملکردها

انواع فرآیندهای حیاتی سلولی، از جمله آزادسازی انتقال دهنده های عصبی، ترشح هورمون و انقباض عضلانی، توسط سطوح سیتوزولی Ca2+ تنظیم می شوند. یکی از راه هایی که این یون بر فرآیندهای سلولی تأثیر می گذارد، اتصال آن به کالمودولین است.

کالمودولین- پروتئین با وزن مولکولی 16700 (شکل 2-12 A). این در همه سلول ها وجود دارد و گاهی تا 1 درصد از کل محتوای پروتئین آنها را تشکیل می دهد. کالمودولین به چهار یون کلسیم متصل می شود (شکل 2-12 B و C)، پس از آن این کمپلکس فعالیت پروتئین های مختلف داخل سلولی را تنظیم می کند که بسیاری از آنها پروتئین کیناز نیستند.

کمپلکس Ca 2+ با کالمودولین همچنین پروتئین کینازهای وابسته به کالمودولین را فعال می کند. پروتئین کینازهای اختصاصی وابسته به کالمودولین، پروتئین‌های مؤثر خاص، مانند زنجیره‌های سبک تنظیم‌کننده میوزین، فسفوریلاز و فاکتور افزایش طول II را فسفریله می‌کنند. پروتئین کینازهای چند منظوره وابسته به کالمودولین پروتئین های هسته ای، اسکلت سلولی یا غشایی متعددی را فسفریله می کنند. برخی پروتئین کینازهای وابسته به کالمودولین، مانند

زنجیره سبک میوزین و فسفریلاز کیناز تنها بر روی یک سوبسترای سلولی عمل می‌کنند، در حالی که بقیه چند عملکردی هستند و بیش از یک پروتئین سوبسترا را فسفریله می‌کنند.

پروتئین کیناز II وابسته به کالمودولین پروتئین اصلی سیستم عصبی است. در برخی از نواحی مغز تا 2 درصد از کل پروتئین را تشکیل می دهد. این کیناز در مکانیسمی نقش دارد که در آن افزایش غلظت Ca 2+ در پایانه عصبی باعث آزاد شدن یک انتقال دهنده عصبی توسط اگزوسیتوز می شود. سوبسترای اصلی آن پروتئینی است به نام سیناپسین I،در پایانه های عصبی وجود دارد و به سطح خارجی وزیکول های سیناپسی متصل می شود. وقتی سیناپسین I به وزیکول ها متصل می شود، از اگزوسیتوز جلوگیری می کند. فسفوریلاسیون سیناپسین I باعث جدا شدن آن از وزیکول ها می شود و به آن ها اجازه می دهد انتقال دهنده های عصبی را در شکاف سیناپسی توسط اگزوسیتوز آزاد کنند.

میوزین زنجیره سبک کیناز بازی می کند نقش مهمدر تنظیم انقباض عضلات صاف افزایش غلظت سیتوزولی Ca 2+ در سلول های ماهیچه صاف، زنجیره سبک کیناز میوزین را فعال می کند. فسفوریلاسیون زنجیره های سبک تنظیم کننده میوزین منجر به انقباض طولانی مدت سلول های ماهیچه صاف می شود.

برنج. 2-12. کالمودولین.

الف - کالمودولین بدون کلسیم. ب - اتصال کلسیم به کالمودولین و هدف پپتیدی. ب - طرح اتصال.

نامگذاری: EF - Ca 2 + - حوزه های اتصال کالمودولین

گیرنده های با فعالیت آنزیمی ذاتی (گیرنده های کاتالیزوری)

هورمون ها و فاکتورهای رشد به پروتئین های سطح سلولی متصل می شوند که دارای فعالیت آنزیمی در سمت سیتوپلاسمی غشاء هستند. شکل 2-13 پنج کلاس گیرنده های کاتالیزوری را نشان می دهد.

یکی از نمونه های معمولی از گذرنده گیرنده های با فعالیت گوانیلات سیکلاز، گیرنده پپتید ناتریورتیک دهلیزی (ANP).گیرنده غشایی که ANP به آن متصل می شود مستقل از سیستم های انتقال سیگنال در نظر گرفته شده است. عملکرد آگونیست‌های خارج سلولی در بالا توضیح داده شد که با اتصال به گیرنده‌های غشایی، آدنیلات سیکلاز را از طریق پروتئین‌های Gs فعال می‌کنند یا از طریق Gi مهار می‌کنند. گیرنده های غشایی برای ANP جالب هستند زیرا خود گیرنده ها دارای فعالیت گوانیلات سیکلاز هستند که با اتصال ANP به گیرنده تحریک می شود.

گیرنده های ANP دارای یک دامنه اتصال خارج سلولی به ANP، یک مارپیچ گذر غشایی منفرد و یک دامنه گوانیلات سیکلاز درون سلولی هستند. اتصال ANP به گیرنده باعث افزایش سطح cGMP داخل سلولی می شود که پروتئین کیناز وابسته به cGMP را تحریک می کند. برخلاف پروتئین کیناز وابسته به cAMP که دارای زیرواحدهای تنظیمی و کاتالیزوری است، حوزه های تنظیمی و کاتالیزوری پروتئین کیناز وابسته به cGMP بر روی همان زنجیره پلی پپتیدی قرار دارند. سپس کیناز وابسته به cGMP پروتئین های داخل سلولی را فسفریله می کند که منجر به پاسخ های سلولی مختلف می شود.

گیرنده هایی با فعالیت سرین ترئونین کینازپروتئین ها را فقط در باقی مانده های سرین و/یا ترئونین فسفریله می کنند.

خانواده دیگری از گیرنده های غشایی جفت شده با پروتئین G شامل پروتئین هایی با فعالیت ذاتی تیروزین-پروتئین کیناز است. گیرنده ها با فعالیت تیروزین-پروتئین کیناز خودپروتئین هایی با دامنه خارج سلولی گلیکوزیله، تنها هستند

ناحیه ترانس غشایی و دامنه درون سلولی با فعالیت تیروزین-پروتئین کیناز. اتصال آگونیست به آنها، به عنوان مثال. فاکتور رشد عصبی (NGF)،فعالیت تیروزین-پروتئین کیناز را تحریک می کند، که پروتئین های موثر خاص را در باقی مانده های تیروزین خاصی فسفریله می کند. اکثر گیرنده های فاکتور رشد با اتصال NGF به آنها دیمر می شوند. این دیمر شدن گیرنده است که منجر به ظهور فعالیت پروتئین تیروزین کیناز آن می شود. گیرنده های فعال اغلب خود را فسفریله می کنند که به آن اتوفسفریلاسیون می گویند.

به سوپرخانواده گیرنده های پپتیدیگیرنده های انسولین را شامل می شود. اینها نیز پروتئین کیناز تیروزین هستند. در زیرگروه گیرنده های متعلق به خانواده گیرنده های انسولین، گیرنده بدون لیگاند به عنوان یک دایمر مرتبط با دی سولفید وجود دارد. برهمکنش با انسولین منجر به تغییرات ساختاری در هر دو مونومر می شود که اتصال به انسولین را افزایش می دهد، گیرنده تیروزین کیناز را فعال می کند و منجر به افزایش اتوفسفوریلاسیون گیرنده می شود.

اتصال یک هورمون یا فاکتور رشد به گیرنده آن واکنش های سلولی مختلفی را تحریک می کند، از جمله ورود Ca2+ به سیتوپلاسم، افزایش متابولیسم Na + /H +، تحریک جذب اسید آمینه و قند، تحریک فسفولیپاز C β و هیدرولیز فسفاتیدیلینوزیتول دی فسفات

گیرنده ها هورمون رشد، پرولاکتینو اریتروپویتین،درست مثل گیرنده ها اینترفرونو بسیاری از سیتوکینها،مستقیماً به عنوان پروتئین کیناز عمل نمی کنند. با این حال، پس از فعال شدن، این گیرنده ها کمپلکس های سیگنالینگ را با تیروزین-پروتئین کینازهای درون سلولی تشکیل می دهند که باعث ایجاد اثرات درون سلولی آنها می شود. به همین دلیل است که آنها گیرنده های واقعی با فعالیت تیروزین-پروتئین کیناز خود نیستند، بلکه به سادگی به آنها متصل می شوند.

بر اساس ساختار، می توان فرض کرد که گذرنده پروتئین فسفاتاز تیروزینهمچنین گیرنده هستند و فعالیت تیروزین پروتئین فسفاتاز آنها توسط لیگاندهای خارج سلولی تعدیل می شود.

برنج. 2-13. گیرنده های کاتالیزوری

A - گیرنده گوانیل سیکلاز، گیرنده B با فعالیت سرین-ترئونین کیناز، گیرنده B با فعالیت تیروزین-پروتئین کیناز خاص خود، گیرنده های D مرتبط با فعالیت تیروزین-پروتئین کیناز

پروتئین تیروزین کینازهای مرتبط با گیرنده با استفاده از مثال گیرنده های اینترفرون

گیرنده های اینترفرون مستقیماً پروتئین کیناز نیستند. پس از فعال شدن، این گیرنده ها کمپلکس های سیگنالینگ را با تیروزین-پروتئین کینازهای درون سلولی تشکیل می دهند که باعث ایجاد اثرات درون سلولی آنها می شود. به این معنی که آنها گیرنده های واقعی با فعالیت تیروزین-پروتئین کیناز خود نیستند، بلکه به سادگی به آنها متصل می شوند، به اصطلاح گیرنده ها. تیروزین-پروتئین کینازهای مرتبط با گیرنده (وابسته به گیرنده).

مکانیسم‌هایی که توسط این گیرنده‌ها تأثیرات خود را اعمال می‌کنند، زمانی ایجاد می‌شوند که هورمونی به گیرنده متصل می‌شود و باعث دیمر شدن آن می‌شود. یک دایمر گیرنده به یک یا چند عضو متصل می شود ژانوس-خانواده پروتئین تیروزین کینازها (JAK). JAK سپس عبور کنید

یکدیگر و همچنین گیرنده را فسفریله می کنند. اعضای مبدل سیگنال و فعال کننده های خانواده رونویسی (STAT) دامنه های فسفریله شده را روی گیرنده و کمپلکس JAK متصل می کنند. پروتئین های STAT توسط JAK کینازها فسفریله می شوند و سپس از کمپلکس سیگنالینگ جدا می شوند. پروتئین‌های STAT فسفریله‌شده در نهایت دیمرهایی را تشکیل می‌دهند که به سمت هسته حرکت می‌کنند تا رونویسی ژن‌های خاصی را فعال کنند.

ویژگی گیرنده برای هر هورمون تا حدی به ویژگی اعضای خانواده JAK یا STAT بستگی دارد که ترکیب سیگنالینگ را تشکیل می دهند. در برخی موارد، کمپلکس سیگنالینگ نیز آبشار کیناز MAP (پروتئین فعال کننده میتوژن) را از طریق پروتئین های آداپتور مورد استفاده توسط گیرنده تیروزین کیناز فعال می کند. برخی از پاسخ های لیگاند تیروزین کیناز گیرنده نیز مسیرهای JAK و STAT را در بر می گیرند.

برنج. 2-14. نمونه ای از گیرنده های کاتالیزوری مرتبط با فعالیت پروتئین تیروزین کیناز. گیرنده فعال شده α -اینترفرون (A) وγ - اینترفرون (B)

پروتئین های مونومر G شبیه Ras و مسیرهای انتقال واسطه آنها

یک لیگاند، مانند یک فاکتور رشد، به گیرنده‌ای متصل می‌شود که فعالیت پروتئین تیروزین کیناز خاص خود را دارد و در نتیجه رونویسی را در یک فرآیند 10 مرحله‌ای افزایش می‌دهد. پروتئین های مونومر متصل شونده به GTP شبیه Rasدر مسیر انتقال سیگنال در مرحله انتقال سیگنال از گیرنده‌ها با فعالیت تیروزین-پروتئین کیناز خود (به عنوان مثال، گیرنده‌های فاکتور رشد) به عوامل داخل سلولی شرکت می‌کنند. فعال سازی و غیرفعال سازی پروتئین های مونومر متصل شونده به GTP نیاز به پروتئین های تنظیمی اضافی دارد. پروتئین های مونومر G توسط پروتئین های آزاد کننده نوکلئوتید گوانین (GNRPs) فعال و توسط پروتئین های فعال کننده GTPase (GAPs) غیر فعال می شوند.

پروتئین های مونومر متصل شونده به GTP از خانواده Ras واسطه اتصال لیگاندهای میتوژن و گیرنده های تیروزین-پروتئین کیناز آنها هستند که باعث ایجاد فرآیندهای درون سلولی می شود که منجر به تکثیر سلولی می شود. وقتی پروتئین‌های Ras غیرفعال هستند، سلول‌ها به فاکتورهای رشدی که از طریق گیرنده‌های تیروزین کیناز عمل می‌کنند، پاسخ نمی‌دهند.

فعال شدن Ras باعث ایجاد یک مسیر انتقال سیگنال می شود که در نهایت منجر به رونویسی ژن های خاصی می شود که رشد سلول را تقویت می کنند. آبشار MAP کیناز (MAPK) در پاسخ‌های پس از فعال‌سازی Ras نقش دارد. پروتئین کیناز C همچنین آبشار کیناز MAP را فعال می کند. بنابراین، به نظر می رسد که آبشار کیناز MAP یک نقطه همگرایی مهم برای انواع اثرات القا کننده تکثیر سلولی باشد. علاوه بر این، یک تلاقی بین پروتئین کیناز C و تیروزین کیناز وجود دارد. به عنوان مثال، ایزوفرم γ فسفولیپاز C با اتصال به پروتئین Ras فعال می شود. این فعال سازی در فرآیند تحریک هیدرولیز فسفولیپید به پروتئین کیناز C منتقل می شود.

شکل 2-15 مکانیسمی را نشان می دهد که شامل 10 مرحله است.

1. اتصال لیگاند منجر به دیمر شدن گیرنده می شود.

2. پروتئین فعال تیروزین کیناز (RTK) خود را فسفریله می کند.

3.GRB 2 (پروتئین-2 متصل به گیرنده فاکتور رشد)، یک پروتئین حاوی SH 2، باقی مانده های فسفوتیروزین را روی گیرنده فعال می شناسد.

4. پیوند GRB 2 شامل SOS است (پسر بی هفت)پروتئین تبادل نوکلئوتید گوانین

5.SOS Ras را با تشکیل GTP روی Ras به جای GDP فعال می کند.

6. کمپلکس فعال Ras-GTP سایر پروتئین ها را با ترکیب فیزیکی آنها در غشای پلاسمایی فعال می کند. کمپلکس فعال Ras-GTP با بخش N ترمینال سرین-ترئونین کیناز Raf-1 (معروف به پروتئین فعال کننده میتوژن، MAP)، اولین در یک سری از پروتئین کینازهای فعال شده که سیگنال فعال سازی را به سلول منتقل می کند، برهم کنش می کند. هسته.

7. Raf-1 یک پروتئین کیناز به نام MEK را فسفریله و فعال می کند که به عنوان MAP کیناز کیناز (MAPKK) شناخته می شود. MEK یک پروتئین کیناز چند عملکردی است که سوبستراهای باقیمانده تیروزین و سرین/ترئونین را فسفریله می کند.

8.MEK MAP کیناز (MAPK) را فسفریله می کند، که همچنین توسط کیناز تنظیم کننده سیگنال خارج سلولی (ERK 1, ERK 2) تحریک می شود. فعال سازی MAPK نیاز به فسفوریلاسیون دوگانه بر روی باقی مانده های سرین و تیروزین مجاور دارد.

9. MAPK به عنوان یک مولکول مؤثر حیاتی در انتقال سیگنال وابسته به Ras عمل می کند زیرا بسیاری از پروتئین های سلولی را به دنبال تحریک میتوژنی فسفریله می کند.

10. MAPK فعال شده به هسته منتقل می شود، جایی که عامل رونویسی را فسفریله می کند. به طور کلی Ras فعال شده MAP را فعال می کند

با ارتباط با او این آبشار منجر به فسفوریلاسیون و فعال شدن MAP کیناز می شود که به نوبه خود فاکتورهای رونویسی، بسترهای پروتئینی و سایر پروتئین کینازهای مهم برای تقسیم سلولی و سایر پاسخ ها را فسفریله می کند. فعال‌سازی Ras به اتصال پروتئین‌های آداپتور به دامنه‌های فسفوتیروزین روی گیرنده‌های فعال‌شده با فاکتور رشد بستگی دارد. این پروتئین های آداپتور به GNRF (پروتئین تبادل نوکلئوتید گوانین) متصل می شوند و Ras را فعال می کنند.

برنج. 2-15. تنظیم رونویسی توسط پروتئین های مونومر G شبیه Ras، که توسط گیرنده ای با فعالیت تیروزین-پروتئین کیناز خود تحریک می شود.

تنظیم رونویسی توسط پروتئین تعاملی با عنصر DNA وابسته به cAMP (CREB)

CREB، یک فاکتور رونویسی با توزیع گسترده، معمولاً با ناحیه ای از DNA به نام CRE مرتبط است. (عنصر پاسخ cAMP).در غیاب تحریک، CREB دفسفریله می شود و تاثیری بر رونویسی ندارد. مسیرهای انتقال سیگنال متعدد از طریق فعال سازی کینازها (مانند PKA، Ca2+ / کالمودولین کیناز IV، MAP کیناز) منجر به فسفوریلاسیون CREB می شود. CREB فسفریله متصل می شود C.B.P.(پروتئین اتصال به CREB- پروتئین باندینگ CREB) که دارای یک دامنه تحریک کننده رونویسی است. به طور موازی، فسفوریلاسیون PP1 را فعال می کند

(فسفوپروتئین فسفاتاز 1) که CREB را دفسفریله می کند و در نتیجه رونویسی متوقف می شود.

نشان داده شده است که فعال سازی مکانیسم با واسطه CREB برای اجرای عملکردهای شناختی بالاتر مانند یادگیری و حافظه مهم است.

شکل 2-15 نیز ساختار PKA وابسته به cAMP را نشان می دهد که در غیاب cAMP از چهار زیر واحد تشکیل شده است: دو تنظیمی و دو کاتالیزوری. وجود زیر واحدهای تنظیمی فعالیت آنزیمی کمپلکس را سرکوب می کند. اتصال cAMP باعث ایجاد تغییرات ساختاری در زیرواحدهای تنظیمی می شود که منجر به جدا شدن زیر واحدهای تنظیمی از زیر واحدهای کاتالیزوری می شود. PKA کاتالیزوری وارد هسته سلول شده و فرآیندی را که در بالا توضیح داده شد آغاز می کند.

برنج. 2-16. تنظیم رونویسی ژن توسط CREB (پروتئین اتصال دهنده عنصر پاسخ cAMP)از طریق افزایش سطح آدنوزین مونوفسفات حلقوی

توضیح کوتاه:

مطالب آموزشی بیوشیمی و زیست شناسی مولکولی: ساختار و عملکرد غشاهای بیولوژیکی.

ماژول 4: ساختار و عملکرد غشاء بیولوژیکی

_تم ها _

4.1. مشخصات کلی غشاها ساختار و ترکیب غشاها

4.2. انتقال مواد از طریق غشاها

4.3. سیگنال دهی غشایی _

اهداف آموزشی قادر باشند:

1. نقش غشاها را در تنظیم متابولیسم، انتقال مواد به داخل سلول و حذف متابولیت ها تفسیر کنید.

2. توضیح دهید مکانیسم های مولکولیعملکرد هورمون ها و سایر مولکول های سیگنال دهنده بر روی اندام های هدف.

بدانید:

1. ساختار غشاهای بیولوژیکی و نقش آنها در متابولیسم و ​​انرژی.

2. روشهای اصلی انتقال مواد از طریق غشا.

3. اجزای اصلی و مراحل سیگنال دهی غشایی هورمون ها، واسطه ها، سیتوکین ها، ایکوزانوئیدها.

موضوع 4.1. خصوصیات کلی غشاها.

ساختار و ترکیب غشاها

تمام سلول ها و اندامک های درون سلولی توسط غشاء احاطه شده اند که نقش مهمی در سازماندهی ساختاری و عملکرد آنها دارند. اصول اولیه برای ساخت تمام غشاها یکسان است. با این حال، غشای پلاسمایی، و همچنین غشاء شبکه آندوپلاسمی، دستگاه گلژی، میتوکندری و هسته، ویژگی‌های ساختاری قابل توجهی دارند؛ آنها از نظر ترکیب و ماهیت عملکردهایی که انجام می‌دهند منحصربه‌فرد هستند.

غشاها:

سلول ها از محیط جدا شده و به بخش هایی تقسیم می شوند.

تنظیم حمل و نقل مواد به سلول ها و اندامک ها و در جهت مخالف.

ارائه ویژگی تماس های بین سلولی؛

آنها سیگنال های محیط خارجی را درک می کنند.

عملکرد هماهنگ سیستم های غشایی، از جمله گیرنده ها، آنزیم ها، سیستم های حمل و نقل، به حفظ هموستاز سلولی کمک می کند و با تنظیم متابولیسم در سلول ها به سرعت به تغییرات در وضعیت محیط خارجی پاسخ می دهد.

غشاهای بیولوژیکی از لیپیدها و پروتئین هایی ساخته شده اند که توسط آنها به یکدیگر مرتبط شده اند غیر کووالانسیفعل و انفعالات. اساس غشاء است لیپیدی دو لایه،که شامل مولکول های پروتئین است (شکل 4.1). دولایه لیپیدی از دو ردیف تشکیل شده است آمفیفیلیکمولکول هایی که "دم" آبگریز آنها در داخل پنهان است و گروه های آب دوست - "سر" های قطبی - رو به بیرون هستند و با محیط آبی در تماس هستند.

1. لیپیدهای غشایی.لیپیدهای غشایی حاوی اسیدهای چرب اشباع و غیراشباع هستند. اسیدهای چرب غیر اشباع دو برابر بیشتر از اسیدهای چرب اشباع یافت می شوند که این امر تعیین کننده است سیالیتغشاها و ناپایداری ساختاری پروتئین های غشایی

غشاها حاوی سه نوع اصلی لیپید هستند - فسفولیپیدها، گلیکولیپیدها و کلسترول (شکل 4.2 - 4.4). رایج ترین گلیسروفسفولیپیدها مشتقات اسید فسفاتیدیک هستند.

برنج. 4.1. سطح مقطع غشای پلاسمایی

برنج. 4.2. گلیسروفسفولیپیدها

اسید فسفاتیدیک دی آسیل گلیسرول فسفات است. R1، R2 - رادیکال های اسید چرب ("دم" آبگریز). یک باقیمانده اسید چرب غیراشباع با دومین اتم کربن گلیسرول مرتبط است. "سر" قطبی یک باقیمانده اسید فسفریک و یک گروه آبدوست از سرین، کولین، اتانول آمین یا اینوزیتول است که به آن متصل است.

مشتقات لیپیدی نیز وجود دارد آمینو الکل اسفنگوزین

آمینو الکل اسفنگوزین پس از اسیلاسیون، به عنوان مثال. افزودن یک اسید چرب به گروه NH 2 به سرامید تبدیل می شود. سرامیدها از نظر باقیمانده اسیدهای چرب متفاوت هستند. گروه های قطبی مختلف را می توان با گروه سرامید OH مرتبط کرد. بسته به ساختار "سر" قطبی، این مشتقات به دو گروه - فسفولیپیدها و گلیکولیپیدها تقسیم می شوند. ساختار گروه قطبی اسفنگوفسفولیپیدها (اسفنگومیلین ها) شبیه گلیسروفسفولیپیدها است. بسیاری از اسفنگومیلین ها در غلاف میلین وجود دارند. رشته های عصبی. گلیکولیپیدها مشتقات کربوهیدراتی سرامید هستند. بسته به ساختار جزء کربوهیدراتی، سربروزیدها و گانگلیوزیدها متمایز می شوند.

کلسترولدر غشاهای تمام سلول های جانوری یافت می شود و به غشاها سفتی می بخشد و آنها را کاهش می دهد سیالیت(سیالیت). مولکول کلسترول در ناحیه آبگریز غشاء موازی با "دم" آبگریز مولکول های فسفو و گلیکولیپید قرار دارد. گروه هیدروکسیل کلسترول، مانند "سرهای" آبدوست فسفو و گلیکولیپیدها،

برنج. 4.3. مشتقات آمینو الکل اسفنگوزین.

سرامید یک اسفنگوزین اسیله شده (R 1 - رادیکال اسید چرب) است. فسفولیپیدها شامل اسفنگومیلین ها هستند که در آنها گروه قطبی از باقی مانده اسید فسفریک و کولین، اتانول آمین یا سرین تشکیل شده است. گروه آبدوست ("سر" قطبی) گلیکولیپیدها یک باقیمانده کربوهیدرات است. سربروزیدها حاوی یک باقیمانده مونو یا الیگوساکارید با ساختار خطی هستند. ترکیب گانگلیوزیدها شامل یک الیگوساکارید شاخه ای است که یکی از واحدهای مونومر آن NANK - N-acetylneuraminic acid است.

روبروی فاز آبی نسبت مولی کلسترول و سایر لیپیدها در غشاها 0.3-0.9 است. این مقدار بیشترین مقدار را برای غشای سیتوپلاسمی دارد.

افزایش محتوای کلسترول در غشاها، تحرک زنجیره‌های اسید چرب را کاهش می‌دهد که بر ثبات ساختاری پروتئین‌های غشایی تأثیر می‌گذارد و احتمال ابتلا به آنها را کاهش می‌دهد. انتشار جانبیبا افزایش سیالیت غشا، ناشی از اثر مواد چربی دوست بر روی آنها یا پراکسیداسیون لیپیدی، نسبت کلسترول در غشاها افزایش می یابد.

برنج. 4.4. موقعیت فسفولیپیدها و کلسترول در غشا.

مولکول کلسترول از یک هسته آبگریز سفت و سخت و یک زنجیره هیدروکربنی انعطاف پذیر تشکیل شده است. "سر" قطبی گروه OH در سومین اتم کربن مولکول کلسترول است. برای مقایسه، شکل یک نمایش شماتیک از یک فسفولیپید غشایی را نشان می دهد. سر قطبی این مولکول ها بسیار بزرگتر و دارای بار است

ترکیب لیپیدی غشاها متفاوت است؛ محتوای یک یا آن لیپید ظاهراً با انواع عملکردهایی که این مولکول ها در غشاها انجام می دهند تعیین می شود.

وظایف اصلی لیپیدهای غشایی این است که:

یک لایه دولایه لیپیدی تشکیل می شود - اساس ساختاری غشاها.

فراهم کردن محیط لازم برای عملکرد پروتئین های غشایی؛

مشارکت در تنظیم فعالیت آنزیم؛

به عنوان یک "لنگر" برای پروتئین های سطحی خدمت کنید.

در انتقال سیگنال های هورمونی شرکت کنید.

تغییرات در ساختار دولایه لیپیدی می تواند منجر به اختلال در عملکرد غشاء شود.

2. پروتئین های غشایی.پروتئین های غشایی در موقعیت خود در غشاء متفاوت هستند (شکل 4.5). پروتئین های غشایی در تماس با ناحیه آبگریز دولایه لیپیدی باید آمفی دوست باشند، یعنی. دامنه غیر قطبی دارند. آمفیفیلیسیتی به این دلیل حاصل می شود که:

بقایای اسید آمینه در تماس با دو لایه لیپیدی به طور کلی غیرقطبی هستند.

بسیاری از پروتئین های غشایی به صورت کووالانسی با باقی مانده های اسیدهای چرب مرتبط هستند (آسیله شده).

بقایای اسیدهای چرب آسیلی متصل به پروتئین، "لنگر انداختن" آن در غشاء و امکان انتشار جانبی را تضمین می کند. علاوه بر این، پروتئین های غشایی تحت تغییرات پس از ترجمه مانند گلیکوزیلاسیون و فسفوریلاسیون قرار می گیرند. گلیکوزیلاسیون سطح بیرونیپروتئین های انتگرال از آنها در برابر آسیب توسط پروتئازها به فضای بین سلولی محافظت می کند.

برنج. 4.5. پروتئین های غشایی:

1، 2 - پروتئین های انتگرال (گذر غشایی)؛ 3، 4، 5، 6 - پروتئین های سطحی. در پروتئین های انتگرال، بخشی از زنجیره پلی پپتیدی در لایه لیپیدی غوطه ور است. بخش‌هایی از پروتئین که با زنجیره‌های هیدروکربنی اسیدهای چرب تعامل دارند، عمدتاً حاوی اسیدهای آمینه غیرقطبی هستند. نواحی پروتئینی واقع در ناحیه "سر" قطبی با بقایای اسید آمینه آبدوست غنی شده است. پروتئین های سطحی به روش های مختلف به غشاء متصل می شوند: 3 - مرتبط با پروتئین های انتگرال. 4 - به "سرهای" قطبی لایه لیپیدی متصل است. 5 - با استفاده از یک دامنه انتهایی آبگریز کوتاه در غشاء لنگر انداخته است. 6 - با استفاده از باقیمانده آسیلی متصل به کووالانسی در غشا لنگر انداخته است

لایه های بیرونی و درونی یک غشا از نظر ترکیب لیپیدها و پروتئین ها متفاوت است. این ویژگی در ساختار غشاها نامیده می شود عدم تقارن غشایی

پروتئین های غشایی ممکن است در موارد زیر دخیل باشند:

انتقال انتخابی مواد به داخل و خارج از سلول؛

انتقال سیگنال های هورمونی؛

تشکیل "حفره های مرزی" درگیر در اندوسیتوز و اگزوسیتوز.

واکنش های ایمونولوژیک؛

کیفیت آنزیم ها در تبدیل مواد؛

سازماندهی تماس های بین سلولی که تشکیل بافت ها و اندام ها را تضمین می کند.

موضوع 4.2. حمل و نقل مواد از طریق غشا

یکی از وظایف اصلی غشاها تنظیم انتقال مواد به داخل و خارج سلول، حفظ مواد مورد نیاز سلول و حذف مواد غیر ضروری است. انتقال یون ها و مولکول های آلی از طریق غشاها می تواند در امتداد یک گرادیان غلظت رخ دهد - حمل و نقل غیرفعالو در برابر گرادیان غلظت - حمل و نقل فعال

1. حمل و نقل غیرفعالرا می توان به روش های زیر انجام داد (شکل 4.6، 4.7):

برنج. 4.6. مکانیسم های انتقال ماده از طریق غشاها در امتداد گرادیان غلظت

حمل و نقل غیرفعال شامل انتشار یون ها از طریق کانال های پروتئینی،به عنوان مثال، انتشار H+، Ca2+، N+، K+. عملکرد بیشتر کانال ها توسط لیگاندهای خاص یا تغییرات پتانسیل گذرنده تنظیم می شود.

برنج. 4.7. کانال Ca2 + غشای شبکه آندوپلاسمی، تنظیم شده توسط اینوزیتول 1،4،5-تری فسفات (IF 3).

IP 3 (اینوزیتول-1،4،5-تری فسفات) در طی هیدرولیز لیپید غشایی IF 2 (فسفاتیدیل لینوزیتول-4،5-بیس فسفات) تحت تأثیر آنزیم فسفولیپاز C تشکیل می شود. IP 3 به مراکز خاصی از آن متصل می شود. پروتومرهای کانال Ca2 + غشای شبکه آندوپلاسمی. ترکیب پروتئین تغییر می کند و کانال باز می شود - Ca 2+ در امتداد گرادیان غلظت وارد سیتوزول سلول می شود.

2. حمل و نقل فعال. فعال اولیهانتقال در برابر یک گرادیان غلظت با مصرف انرژی ATP با مشارکت ATPaseهای انتقالی، به عنوان مثال Na+، K+-ATPase، H+-ATPase، Ca2+-ATPase رخ می دهد (شکل 4.8). H+-ATPases به عنوان عمل می کنند پمپ های پروتون، که به کمک آن محیط اسیدی در لیزوزوم های سلول ایجاد می شود. با کمک Ca 2 + -ATPase غشای سیتوپلاسمی و غشای شبکه آندوپلاسمی، غلظت کم کلسیم در سیتوزول سلول حفظ می شود و یک انبار Ca 2 + داخل سلولی در میتوکندری و شبکه آندوپلاسمی ایجاد می شود.

ثانویه فعالانتقال به دلیل گرادیان غلظت یکی از مواد منتقل شده رخ می دهد (شکل 4.9)، که اغلب توسط Na+، K+-ATPase ایجاد می شود که با مصرف ATP عمل می کند.

افزودن ماده ای که غلظت آن به مرکز فعال پروتئین حامل بیشتر است، ترکیب آن را تغییر می دهد و میل ترکیبی را که در برابر گرادیان غلظت وارد سلول می شود، افزایش می دهد. حمل و نقل فعال ثانویه دو نوع است: simport فعالو ضد بندر

برنج. 4.8. مکانیسم عملکرد Ca2 + ATPase

برنج. 4.9. حمل و نقل فعال ثانویه

3. انتقال ماکرومولکول ها و ذرات با مشارکت غشاها - اندوسیتوز و اگزوسیتوز.

انتقال ماکرومولکول ها مانند پروتئین ها، اسیدهای نوکلئیک، پلی ساکاریدها یا حتی ذرات بزرگتر از محیط خارج سلولی به داخل سلول توسط اندوسیتوزاتصال مواد یا کمپلکس های مولکولی بالا در نواحی خاصی از غشای پلاسمایی رخ می دهد که به آنها می گویند. توسط گودال ها مرزبندی شده است.اندوسیتوز، که با مشارکت گیرنده های ساخته شده در حفره های حاشیه ای رخ می دهد، به سلول ها اجازه می دهد تا مواد خاصی را جذب کنند و نامیده می شود. اندوسیتوز وابسته به گیرنده

ماکرومولکول‌ها مانند هورمون‌های پپتیدی، آنزیم‌های گوارشی، پروتئین‌های ماتریکس خارج سلولی، کمپلکس‌های لیپوپروتئینی در خون یا فضای بین سلولی ترشح می‌شوند. اگزوسیتوزاین روش انتقال اجازه می دهد تا موادی که در دانه های ترشحی تجمع می یابند از سلول خارج شوند. در بیشتر موارد اگزوسیتوز با تغییر غلظت یون های کلسیم در سیتوپلاسم سلول ها تنظیم می شود.

موضوع 4.3. انتقال سیگنال از طریق غشاء

یکی از ویژگی های مهم غشاها توانایی درک و انتقال سیگنال ها از محیط به داخل سلول است. سلول ها سیگنال های خارجی را زمانی که با گیرنده های واقع در غشای سلول های هدف تعامل دارند، درک می کنند. گیرنده ها با اتصال یک مولکول سیگنال، مسیرهای انتقال اطلاعات درون سلولی را فعال می کنند که منجر به تغییر در سرعت فرآیندهای متابولیک مختلف می شود.

1. مولکول سیگنال،به طور خاص تعامل با یک گیرنده غشایی نامیده می شود پیام رسان اولیهترکیبات شیمیایی مختلف به عنوان پیام رسان های اولیه عمل می کنند - هورمون ها، انتقال دهنده های عصبی، ایکوزانوئیدها، فاکتورهای رشد یا عوامل فیزیکیبه عنوان مثال، یک کوانتوم نور. گیرنده های غشای سلولی، که توسط پیام رسان های اولیه فعال می شوند، اطلاعات دریافتی را به سیستمی از پروتئین ها و آنزیم هایی که تشکیل می شوند، منتقل می کنند. آبشار انتقال سیگنال،تقویت سیگنال چندین صد برابر را فراهم می کند. زمان پاسخ سلولی که شامل فعال یا غیرفعال شدن فرآیندهای متابولیک، انقباض ماهیچه‌ها و انتقال مواد از سلول‌های هدف می‌شود، می‌تواند چند دقیقه باشد.

غشاء گیرنده هاتقسیم می شوند:

گیرنده های حاوی یک زیرواحد اتصال پیام رسان اولیه و یک کانال یونی.

گیرنده هایی که قادر به نشان دادن فعالیت کاتالیزوری هستند.

گیرنده هایی که با کمک پروتئین های G، تشکیل پیام رسان های ثانویه (داخل سلولی) را فعال می کنند که سیگنالی را به پروتئین ها و آنزیم های خاص سیتوزول منتقل می کنند (شکل 4.10).

پیام رسان های ثانویه وزن مولکولی کمی دارند، با سرعت بالادر سیتوزول سلول منتشر می شود، فعالیت پروتئین های مربوطه را تغییر می دهد و سپس به سرعت تجزیه می شود یا از سیتوزول خارج می شود.

برنج. 4.10. گیرنده های موضعی در غشاء.

گیرنده های غشایی را می توان به سه گروه تقسیم کرد. گیرنده ها: 1 - حاوی یک زیر واحد که یک مولکول سیگنال و یک کانال یونی را به هم متصل می کند، به عنوان مثال، یک گیرنده استیل کولین روی غشای پس سیناپسی. 2 - نشان دادن فعالیت کاتالیزوری پس از اتصال یک مولکول سیگنال، به عنوان مثال یک گیرنده انسولین. 3، 4 - انتقال سیگنال به آنزیم آدنیلات سیکلاز (AC) یا فسفولیپاز C (PLC) با مشارکت پروتئین های G غشایی، به عنوان مثال، انواع مختلف گیرنده های آدرنالین، استیل کولین و سایر مولکول های سیگنال دهنده.

نقش پیام رسان های ثانویهمولکول ها و یون ها انجام می دهند:

CAMP (آدنوزین حلقوی-3،5 اینچ-مونوفسفات)؛

CGMP (گوانوزین حلقوی-3،5 اینچ-مونوفسفات)؛

IP 3 (اینوزیتول 1،4،5-تری فسفات)؛

DAG (دی آسیل گلیسرول)؛

هورمون هایی (استروئید و تیروئید) وجود دارند که با عبور از دولایه لیپیدی، به سلول نفوذ کندو تعامل با گیرنده های داخل سلولییک تفاوت فیزیولوژیکی مهم بین گیرنده های غشایی و درون سلولی سرعت پاسخ به سیگنال ورودی است. در مورد اول، اثر سریع و کوتاه مدت خواهد بود، در مورد دوم - آهسته اما طولانی مدت.

گیرنده های جفت شده با پروتئین G

تعامل هورمون ها با گیرنده های جفت شده با پروتئین G منجر به فعال شدن سیستم انتقال سیگنال اینوزیتول فسفات یا تغییر در فعالیت سیستم تنظیمی آدنیلات سیکلاز می شود.

2. سیستم آدنیلات سیکلازشامل (شکل 4.11):

- انتگرالپروتئین های غشای سیتوپلاسمی:

Rs - گیرنده پیام رسان اولیه - فعال کننده سیستم آدنیلات سیکلاز (ACS).

R ; - گیرنده پیام رسان اولیه - مهار کننده ACS.

آنزیم آدنیلات سیکلاز (AC).

- "متصل"پروتئین ها:

Gs یک پروتئین متصل به GTP متشکل از زیرواحدهای α، βγ است که در آن (آ، زیرواحد با یک مولکول GDP مرتبط است.

برنج. 4.11. عملکرد سیستم آدنیلات سیکلاز

G ; - پروتئین متصل شونده به GTP، متشکل از زیرواحدهای αβγ، که در آن a. -زیر واحد با مولکول تولید ناخالص داخلی مرتبط است. - سیتوزولیآنزیم پروتئین کیناز A (PKA).

توالی رویدادهای سیگنال دهی پیام رسان اولیه با استفاده از سیستم آدنیلات سیکلاز

این گیرنده دارای محل های اتصال برای پیام رسان اولیه در سطح خارجی غشاء و پروتئین G (α,βγ-GDP) در سطح داخلی غشاء است. تعامل یک فعال کننده سیستم آدنیلات سیکلاز، به عنوان مثال یک هورمون، با یک گیرنده (Rs) منجر به تغییر در ساختار گیرنده می شود. میل ترکیبی گیرنده برای پروتئین G. افزایش می یابد. اتصال کمپلکس گیرنده هورمون به GS-GDP میل ترکیبی زیرواحد α، زیرواحد پروتئین G.. را برای تولید ناخالص داخلی کاهش می دهد و میل ترکیبی برای GTP را افزایش می دهد. در مرکز فعال زیرواحد α، GDP با GTP جایگزین می شود. این باعث تغییر در ساختار زیر واحد α و کاهش میل آن به زیر واحدهای βγ می شود. زیرواحد α،-GTP جدا شده به صورت جانبی در لایه لیپیدی غشاء به سمت آنزیم حرکت می کند. آدنیلات سیکلاز

تعامل α،-GTP با مرکز تنظیمی آدنیلات سیکلاز، ترکیب آنزیم را تغییر می دهد، منجر به فعال شدن آن و افزایش سرعت تشکیل پیام رسان ثانویه - آدنوزین-3،5 اینچ منوفسفات حلقوی (cAMP) می شود. از ATP غلظت cAMP در سلول افزایش می یابد. مولکول های cAMP می توانند به طور برگشت پذیر به زیر واحدهای تنظیمی پروتئین کیناز A (PKA) متصل شوند که از دو زیر واحد تنظیمی (R) و دو زیرواحد کاتالیزوری (C) - (R 2 C 2) تشکیل شده است. کمپلکس R 2 C 2 فعالیت آنزیمی ندارد. اتصال cAMP به زیرواحدهای تنظیمی باعث تغییر در ترکیب آنها و از دست دادن مکملیت با زیر واحدهای C می شود. زیر واحدهای کاتالیزوری فعالیت آنزیمی پیدا می کنند.

پروتئین فعال کیناز A پروتئین های خاصی را در باقی مانده های سرین و ترئونین با کمک ATP فسفریله می کند. فسفوریلاسیون پروتئین ها و آنزیم ها باعث افزایش یا کاهش فعالیت آنها می شود، بنابراین سرعت فرآیندهای متابولیکی که در آن شرکت می کنند تغییر می کند.

فعال شدن مولکول سیگنال گیرنده R باعث تحریک عملکرد پروتئین Gj می شود که طبق قوانین مشابه برای پروتئین G پیش می رود. اما وقتی زیرواحد αi-GTP با آدنیلات سیکلاز برهمکنش می‌کند، فعالیت آنزیم کاهش می‌یابد.

غیر فعال سازی آدنیلات سیکلاز و پروتئین کیناز A

زیرواحد α در کمپلکس با GTP، هنگام تعامل با آدنیلات سیکلاز، شروع به نشان دادن فعالیت آنزیمی (GTP-فسفاتاز) می کند؛ GTP را هیدرولیز می کند. مولکول تولید ناخالص داخلی به دست آمده در مرکز فعال زیرواحد α باقی می ماند، ترکیب آن را تغییر می دهد و تمایل خود را به AC کاهش می دهد. مجموعه ای از AC و α،-GDP جدا، α،-GDP در پروتئین G.. گنجانده شده است. جداسازی α،-GDP از آدنیلات سیکلاز باعث غیرفعال شدن آنزیم می شود و سنتز cAMP متوقف می شود.

فسفودی استراز- آنزیم "لنگر" غشای سیتوپلاسمی، مولکول های cAMP تشکیل شده قبلی را به AMP هیدرولیز می کند. کاهش غلظت cAMP در سلول باعث جدا شدن کمپلکس cAMP 4K"2 و افزایش میل ترکیبی زیرواحدهای R و C می شود و شکل غیر فعال PKA تشکیل می شود.

آنزیم ها و پروتئین های فسفریله شده تحت تأثیر فسفوپروتئین فسفاتازهاتبدیل به فرم دفسفریله شده، ترکیب، فعالیت و سرعت فرآیندهایی که این آنزیم ها در آن شرکت می کنند تغییر می کند. در نتیجه، سیستم به حالت اولیه خود باز می گردد و زمانی که هورمون با گیرنده تعامل می کند، آماده فعال شدن مجدد است. این تضمین می کند که محتوای هورمون در خون با شدت پاسخ سلول های هدف مطابقت دارد.

3. مشارکت سیستم آدنیلات سیکلاز در تنظیم بیان ژن.بسیاری از هورمون های پروتئینی: گلوکاگون، وازوپرسین، هورمون پاراتیروئید و غیره که سیگنال خود را از طریق سیستم آدنیلات سیکلاز منتقل می کنند، نه تنها می توانند باعث تغییر در سرعت واکنش توسط آنزیم های فسفریله کننده موجود در سلول شوند، بلکه باعث افزایش یا کاهش تعداد آنها می شوند. تنظیم بیان ژن (شکل 4.12). پروتئین کیناز فعال A می تواند وارد هسته شود و فاکتور رونویسی (CREB) را فسفریله کند. اتصال فسفر

برنج. 4.12. مسیر آدنیلات سیکلاز که منجر به بیان ژن های خاص می شود

باقیمانده میل فاکتور رونویسی (CREB-(P) را برای یک توالی خاص از ناحیه تنظیم کننده DNA-CRE (عنصر پاسخ cAMP) افزایش می دهد و بیان ژن ها را برای پروتئین های خاص تحریک می کند.

پروتئین های سنتز شده می توانند آنزیم هایی باشند که افزایش تعداد آنها باعث افزایش سرعت واکنش های فرآیندهای متابولیک می شود یا ناقلین غشایی که ورود یا خروج یون های خاص، آب یا سایر مواد را از سلول تضمین می کنند.

برنج. 4.13. سیستم فسفات اینوزیتول

عملکرد سیستم توسط پروتئین ها تضمین می شود: کالمودولین، آنزیم پروتئین کیناز C، پروتئین کینازهای وابسته به Ca2 + -کالمودولین، کانال های Ca2 + تنظیم شده غشای شبکه آندوپلاسمی، Ca2 + -ATPases غشای سلولی و میتوکندریایی .

توالی رویدادهای پیام رسان اولیه از طریق سیستم فسفات اینوزیتول

اتصال فعال کننده سیستم فسفات اینوزیتول به گیرنده (R) منجر به تغییر در ساختار آن می شود. میل ترکیبی گیرنده برای پروتئین GF lc افزایش می یابد. اتصال کمپلکس گیرنده پیام رسان اولیه به Gf ls-GDP میل زیرواحد af l را برای تولید ناخالص داخلی کاهش می دهد و میل به GTP را افزایش می دهد. در مرکز فعال زیرواحد aphl، GDP با GTP جایگزین می شود. این باعث تغییر در ساختار زیر واحد af ls و کاهش میل ترکیبی برای زیر واحدهای βγ می شود و تجزیه پروتئین Gf ls رخ می دهد. زیر واحد aph ls-GTP جدا شده به صورت جانبی در امتداد غشاء به سمت آنزیم حرکت می کند فسفولیپاز C.

برهمکنش aphls-GTP با مرکز اتصال فسفولیپاز C، ترکیب و فعالیت آنزیم را تغییر می دهد و سرعت هیدرولیز غشای سلولی فسفولیپید - فسفاتیدیلینوزیتول-4،5-بیس فسفات (FIF 2) - افزایش می یابد (شکل 4.14). ).

برنج. 4.14. هیدرولیز فسفاتیدیلینوزیتول 4،5-بیس فسفات (PIF 2)

در طی واکنش، دو محصول تشکیل می شود - پیام رسان های ثانویه سیگنال هورمونی (پیام رسان دوم): دی آسیل گلیسرول که در غشاء باقی می ماند و در فعال شدن آنزیم پروتئین کیناز C و اینوزیتول-1،4،5-تری فسفات نقش دارد. (IP 3)، که به عنوان یک ترکیب آبدوست، وارد سیتوزول می شود. بنابراین، سیگنال دریافت شده توسط گیرنده سلولی دوشاخه می شود. IP 3 به مراکز خاصی از کانال Ca 2 + غشای شبکه آندوپلاسمی (E) متصل می شود، که منجر به تغییر در ترکیب پروتئین و باز شدن کانال Ca2 + می شود. از آنجایی که غلظت کلسیم در ER تقریباً 3-4 مرتبه بزرگتر از سیتوزول است، پس از باز شدن کانال، Ca2+ در امتداد گرادیان غلظت وارد سیتوزول می شود. در صورت عدم وجود IP 3 در سیتوزول، کانال بسته می شود.

سیتوزول تمام سلول ها حاوی پروتئین کوچکی به نام کالمودولین است که دارای چهار محل اتصال Ca2+ است. با افزایش تمرکز

کلسیم، به طور فعال به کالمودولین متصل می شود و کمپلکس 4Ca 2+ -calmodulin را تشکیل می دهد. این کمپلکس با پروتئین کینازهای وابسته به کالمودولین Ca2+ و سایر آنزیم ها برهم کنش می کند و فعالیت آنها را افزایش می دهد. پروتئین کیناز وابسته به Ca2 + -کالمودولین فعال شده پروتئین ها و آنزیم های خاصی را فسفریله می کند و در نتیجه باعث تغییر در فعالیت آنها و سرعت فرآیندهای متابولیکی می شود.

افزایش غلظت Ca2+ در سیتوزول سلولی، سرعت برهمکنش Ca2+ با آنزیم سیتوزولی غیرفعال را افزایش می دهد. پروتئین کیناز C (PKC).اتصال PKC به یون‌های کلسیم، حرکت پروتئین را به غشای پلاسما تحریک می‌کند و به آنزیم اجازه می‌دهد تا با "سر" مولکول‌های فسفاتیدیل سرین (PS) با بار منفی در غشاء تعامل کند. دی اسیل گلیسرول، که مکان های خاصی را در پروتئین کیناز C اشغال می کند، میل آن را برای یون های کلسیم بیشتر می کند. بر داخلغشاء، شکل فعال PKS تشکیل می شود (PKS? Ca 2 + ? PS? DAG)، که آنزیم های خاص را فسفریله می کند.

فعال شدن سیستم IF زیاد طول نمی کشد و پس از پاسخ سلول به محرک، آنزیم های وابسته به کالمودولین فسفولیپاز C، پروتئین کیناز C و Ca2 + غیر فعال می شوند. af ls -زیر واحد در کمپلکس با GTP و فسفولیپاز C فعالیت آنزیمی (GTP-فسفاتاز) را نشان می دهد؛ GTP را هیدرولیز می کند. زیرواحد apl متصل به تولید ناخالص داخلی میل خود را برای فسفولیپاز C از دست می دهد و به حالت غیرفعال اولیه خود باز می گردد. در مجموعه αβγ-GDP (پروتئین Gf lc) گنجانده شده است.

جداسازی apls-GDP از فسفولیپاز C باعث غیرفعال شدن آنزیم می شود و هیدرولیز PIF 2 متوقف می شود. افزایش غلظت Ca2+ در سیتوزول، کار Ca2+ -ATPaseهای شبکه آندوپلاسمی، غشای سیتوپلاسمی را فعال می کند، که Ca2+ را از سیتوزول سلول خارج می کند. حامل های Na+/Ca 2+ و H+/Ca2+ که بر اساس اصل آنتی پورت فعال عمل می کنند نیز در این فرآیند شرکت می کنند. کاهش غلظت Ca 2 + منجر به تجزیه و غیرفعال شدن آنزیم های وابسته به Ca 2 + -calmodulin و همچنین از دست دادن میل پروتئین کیناز C برای لیپیدهای غشا و کاهش فعالیت آن می شود.

IP 3 و DAG که در نتیجه فعال شدن سیستم ایجاد می شوند، می توانند دوباره با یکدیگر تعامل داشته باشند و به فسفاتیدیل 4،5-بیس فسفات تبدیل شوند.

آنزیم ها و پروتئین های فسفریله شده تحت تأثیر فسفوپروتئین فسفاتاز به شکل دفسفریله تبدیل می شوند و ترکیب و فعالیت آنها تغییر می کند.

5. گیرنده های کاتالیزوری.گیرنده های کاتالیزوری آنزیم هستند. فعال کننده های این آنزیم ها می توانند هورمون ها، فاکتورهای رشد و سیتوکین ها باشند. در شکل فعال خود، گیرنده های آنزیمی پروتئین های خاص را در گروه های -OH تیروزین فسفریله می کنند، به همین دلیل است که آنها را پروتئین کیناز تیروزین می نامند (شکل 4.15). با مشارکت مکانیسم های خاص، سیگنال دریافتی توسط گیرنده کاتالیزوری می تواند به هسته منتقل شود، جایی که بیان ژن های خاص را تحریک یا سرکوب می کند.

برنج. 4.15. فعال شدن گیرنده انسولین

فسفوپروتئین فسفاتاز فسفوپروتئین های خاص را دفسفریله می کند.

فسفودی استراز cAMP را به AMP و cGMP را به GMP تبدیل می کند.

GLUT 4 - انتقال دهنده های گلوکز در بافت های وابسته به انسولین.

پروتئین تیروزین فسفاتاز زیر واحدهای گیرنده β را دفسفریله می کند

انسولین

نمونه ای از گیرنده های کاتالیزوری است گیرنده انسولینکه از دو زیرواحد a و دو بتا تشکیل شده است. زیرواحدهای α در سطح بیرونی غشای سلولی قرار دارند، زیرواحدهای β به لایه دوتایی غشاء نفوذ می کنند. محل اتصال انسولین توسط حوزه های N ترمینال زیر واحدهای α تشکیل می شود. مرکز کاتالیزوری گیرنده بر روی حوزه های درون سلولی زیرواحدهای β قرار دارد. بخش سیتوزولی گیرنده دارای چندین باقیمانده تیروزین است که می توانند فسفریله و دفسفریله شوند.

اتصال انسولین به مرکز اتصال تشکیل شده توسط زیرواحدهای α باعث تغییرات ساختاری مشترک در گیرنده می شود. زیرواحدهای β فعالیت تیروزین کیناز را نشان می‌دهند و ترانس اتوفسفریلاسیون را کاتالیز می‌کنند (اولین زیرواحد β زیرواحد دوم را فسفریله می‌کند و بالعکس) در چندین باقیمانده تیروزین. فسفوریلاسیون منجر به تغییر در بار، ساختار و ویژگی سوبسترای آنزیم (Tyr-PK) می شود. تیروزین-PK پروتئین های سلولی خاصی را فسفریله می کند که به آنها بسترهای گیرنده انسولین می گویند. به نوبه خود، این پروتئین ها در فعال شدن یک آبشار از واکنش های فسفوریلاسیون نقش دارند:

فسفوپروتئین فسفاتازها(PPF)، که فسفریل کردن فسفوپروتئین های خاص.

فسفودی استراز،که cAMP را به AMP و cGMP را به GMP تبدیل می کند.

GLUT 4- انتقال دهنده های گلوکز در بافت های وابسته به انسولین، بنابراین عرضه گلوکز به سلول های عضلانی و بافت چربی افزایش می یابد.

تیروزین پروتئین فسفاتاز،که زیرواحدهای β گیرنده انسولین را دفسفریله می کند.

پروتئین های تنظیم کننده هسته ای، فاکتورهای رونویسی،افزایش یا کاهش بیان ژن های آنزیم های خاص.

پیاده سازی اثر عوامل رشدمی توان با استفاده از گیرنده های کاتالیزوری، که از یک زنجیره پلی پپتیدی منفرد تشکیل شده است، انجام داد، اما پس از اتصال به پیام رسان اولیه، دایمرها را تشکیل می دهند. تمام گیرنده های این نوع دارای یک دامنه گلیکوزیله خارج سلولی، یک گذرنده (a-helix) و یک دامنه سیتوپلاسمی هستند که قادر به نمایش فعالیت پروتئین کیناز در هنگام فعال شدن هستند.

دیمریزاسیون باعث فعال شدن حوزه های کاتالیزوری داخل سلولی آنها می شود که ترانس فسفریلاسیون را در باقی مانده های اسید آمینه سرین، ترئونین یا تیروزین انجام می دهند. اتصال باقیمانده های فسفر منجر به تشکیل مراکز اتصال برای پروتئین های سیتوزولی خاص در گیرنده و فعال شدن آبشار انتقال سیگنال پروتئین کیناز می شود (شکل 4.16).

توالی رویدادهای انتقال سیگنال پیام رسان های اولیه (عوامل رشد) با مشارکت پروتئین های Ras و Raf.

اتصال گیرنده (R) به فاکتور رشد (GF) منجر به دیمر شدن و ترانس فسفوریلاسیون آن می شود. گیرنده فسفریله میل ترکیبی برای پروتئین Grb2 به دست می آورد. کمپلکس تشکیل شده FR*R*Grb2 با پروتئین سیتوزولی SOS تعامل دارد. تغییر در ساختار SOS

تعامل آن را با پروتئین غشایی لنگر انداخته Ras-GDP تضمین می کند. تشکیل کمپلکس FR?R?Ggb2?SOS?Ras-GDP میل پروتئین Ras را برای تولید ناخالص داخلی کاهش می دهد و میل ترکیبی برای GTP را افزایش می دهد.

جایگزینی تولید ناخالص داخلی با GTP، ترکیب پروتئین Ras را تغییر می دهد، که از مجموعه جدا شده و با پروتئین Raf در ناحیه نزدیک غشاء تعامل می کند. کمپلکس Ras-GTP?Raf فعالیت پروتئین کیناز را نشان می دهد و آنزیم MEK کیناز را فسفریله می کند. MEK کیناز فعال، به نوبه خود، MAP کیناز را در ترئونین و تیروزین فسفریله می کند.

شکل 4.16. آبشار کیناز MAP.

گیرنده هایی از این نوع در فاکتور رشد اپیدرمی (EGF)، فاکتور رشد عصبی (NGF) و سایر فاکتورهای رشد یافت می شوند.

Grb2 پروتئینی است که با گیرنده فاکتور رشد (پروتئین اتصال گیرنده رشد) در تعامل است. SOS (GEF) - فاکتور تبادل GDP-GTP (عامل تبادل نوکلئوتید گوانین)؛ پروتئین Ras - G (گوانیدین تری فسفاتاز)؛ راف کیناز - به شکل فعال - MEK کیناز را فسفریله می کند. MEK کیناز - MAP کیناز کیناز؛ MAP کیناز - پروتئین کیناز فعال شده با میتوژن

افزودن گروه -PO 3 2- به رادیکال های اسید آمینه MAP کیناز باعث تغییر بار، ترکیب و فعالیت آن می شود. این آنزیم پروتئین های خاص غشاء، سیتوزول و هسته را در سرین و ترئونین فسفریله می کند.

تغییرات در فعالیت این پروتئین ها بر سرعت فرآیندهای متابولیک، عملکرد ترانسلوکازهای غشایی و فعالیت میتوزی سلول های هدف تأثیر می گذارد.

گیرنده ها با فعالیت گوانیلات سیکلازهمچنین متعلق به گیرنده های کاتالیزوری است. گوانیلات سیکلازتشکیل cGMP از GTP را کاتالیز می کند که یکی از پیام رسان های مهم (واسطه) انتقال سیگنال درون سلولی است (شکل 4.17).

برنج. 4.17. تنظیم فعالیت گوانیلات سیکلاز غشایی

گوانیلات سیکلاز متصل به غشاء (GC) یک گلیکوپروتئین گذرنده است. مرکز اتصال مولکول سیگنال در حوزه خارج سلولی قرار دارد؛ دامنه درون سلولی گوانیلات سیکلاز در نتیجه فعال شدن فعالیت کاتالیزوری از خود نشان می دهد.

اتصال پیام رسان اولیه به گیرنده، گوانیلات سیکلاز را فعال می کند، که تبدیل GTP به گوانوزین-3،5 اینچ-مونوفسفات حلقوی (cGMP)، پیام رسان ثانویه را کاتالیز می کند. غلظت cGMP در سلول افزایش می یابد. مولکول های cGMP می توانند به طور برگشت پذیر به مراکز تنظیمی پروتئین کیناز G (PKG5) که از دو زیر واحد تشکیل شده است متصل شوند. چهار مولکول cGMP ساختار و فعالیت آنزیم را تغییر می دهند. پروتئین کیناز G فعال فسفوریلاسیون پروتئین ها و آنزیم های خاص در سیتوزول سلول را کاتالیز می کند. یکی از پیام رسان های اولیه پروتئین کیناز G، فاکتور ناتریورتیک دهلیزی (ANF) است که هموستاز مایعات را در بدن تنظیم می کند.

6. انتقال سیگنال با استفاده از گیرنده های داخل سلولی.هورمون هایی که از نظر شیمیایی آبگریز هستند (هورمون های استروئیدی و تیروکسین) می توانند از طریق غشاها پخش شوند، بنابراین گیرنده های آنها در سیتوزول یا هسته سلول قرار دارند.

گیرنده های سیتوزولی با پروتئین چاپرون مرتبط هستند که از فعال شدن زودرس گیرنده جلوگیری می کند. گیرنده های هسته ای و سیتوزولی هورمون های استروئیدی و تیروئیدی حاوی یک دامنه اتصال به DNA هستند که برهمکنش مجموعه هورمون - گیرنده با مناطق تنظیم کننده DNA در هسته و تغییرات در سرعت رونویسی را تضمین می کند.

توالی رویدادهایی که منجر به تغییرات در نرخ رونویسی می شود

این هورمون از دولایه لیپیدی غشای سلولی عبور می کند. در سیتوزول یا هسته، هورمون با گیرنده تعامل دارد. مجموعه هورمون - گیرنده به هسته عبور می کند و به توالی نوکلئوتیدی DNA تنظیمی متصل می شود - تقویت کننده(شکل 4.18) یا صدا خفه کن.دسترسی پروموتر به RNA پلیمراز هنگام تعامل با یک تقویت کننده افزایش می یابد یا هنگام تعامل با یک صدا خفه کن کاهش می یابد. بر این اساس، سرعت رونویسی برخی از ژن های ساختاری افزایش یا کاهش می یابد. mRNA های بالغ از هسته خارج می شوند. سرعت ترجمه پروتئین های خاص افزایش یا کاهش می یابد. مقدار پروتئینی که بر متابولیسم و ​​وضعیت عملکردی سلول تأثیر می گذارد تغییر می کند.

در هر سلول گیرنده هایی در سیستم های مختلف انتقال سیگنال وجود دارد که تمام سیگنال های خارجی را به سیگنال های درون سلولی تبدیل می کند. تعداد گیرنده ها برای یک پیام رسان اولیه خاص می تواند از 500 تا بیش از 100000 در هر سلول متفاوت باشد. آنها بر روی غشاء دور از یکدیگر قرار دارند یا در مناطق خاصی از آن متمرکز شده اند.

برنج. 4.18. انتقال سیگنال به گیرنده های داخل سلولی

ب) از جدول، لیپیدهای درگیر در موارد زیر را انتخاب کنید:

1. فعال شدن پروتئین کیناز C

2. واکنش های تشکیل DAG تحت تأثیر فسفولیپاز C

3. تشکیل غلاف میلین رشته های عصبی

ج) واکنش هیدرولیز لیپیدی را که در بند 2 انتخاب کرده اید بنویسید.

د) نشان می دهد که کدام یک از محصولات هیدرولیز در تنظیم کانال Ca2 + شبکه آندوپلاسمی نقش دارد.

2. پاسخ های درست را انتخاب کنید.

ناپایداری ساختاری پروتئین های حامل را می توان تحت تأثیر موارد زیر قرار داد:

ب- تغییر پتانسیل الکتریکی در سراسر غشا

ب. چسباندن مولکولهای خاص د. ترکیب اسیدهای چرب لیپیدهای دولایه E. مقدار ماده منتقل شده

3. همخوانی داشتن:

A. کانال کلسیم ER B. Ca 2 + -ATPase

D. Ca+ وابسته به Ca2 + انتقال دهنده D. N+، K+-ATPase

1. Na+ را در امتداد گرادیان غلظت حمل می کند

2. با مکانیسم انتشار تسهیل شده عمل می کند

3. Na+ را در برابر گرادیان غلظت حمل می کند

4. جدول را حرکت دهید. 4.2. در دفترچه خود و پر کنید.

جدول 4.2. سیستم های آدنیلات سیکلاز و اینوزیتول فسفات

ساختار و مراحل عملیات	سیستم آدنیلات سیکلاز	سیستم فسفات اینوزیتول
نمونه ای از پیام رسان اولیه سیستم
پروتئین یکپارچه غشای سلولی که به طور مکمل با پیام رسان اولیه تعامل دارد
پروتئینی که سیستم سیگنال دهی آنزیمی را فعال می کند
سیستم آنزیمی تشکیل دهنده دومین پیام رسان
سیستم های پیام رسان ثانویه
آنزیم(های) سیتوزولی سیستم در حال تعامل با پیام رسان دوم
مکانیسم تنظیم (در این سیستم) فعالیت آنزیم ها در مسیرهای متابولیک
مکانیسم های کاهش غلظت پیام رسان های دوم در سلول هدف
دلیل کاهش فعالیت آنزیم غشایی سیستم سیگنالینگ

وظایف خود کنترلی

1. همخوانی داشتن:

الف. سمپورت غیرفعال ب. ضد بندر غیرفعال

ب. اندوسیتوز د. اگزوسیتوز

د. حمل و نقل فعال اولیه

1. حمل و نقل ماده به داخل سلول همراه با بخشی از غشای پلاسمایی صورت می گیرد

2. همزمان دو ماده مختلف در امتداد گرادیان غلظت وارد سلول می شوند

3. انتقال مواد بر خلاف گرادیان غلظت اتفاق می افتد

2. پاسخ صحیح را انتخاب کنید.

ag-زیر واحد پروتئین G متصل به GTP فعال می شود:

A. گیرنده

ب- پروتئین کیناز A

ب. فسفودی استراز G. آدنیلات سیکلاز D. پروتئین کیناز C

3. همخوانی داشتن.

تابع:

الف- فعالیت گیرنده کاتالیزوری را تنظیم می کند ب- فسفولیپاز C را فعال می کند.

ب- پروتئین کیناز A را به شکل فعال تبدیل می کند

د. غلظت Ca 2+ را در سیتوزول سلول افزایش می دهد د. پروتئین کیناز C را فعال می کند.

پیام رسان ثانویه:

4. همخوانی داشتن.

عمل:

الف- قابلیت انتشار جانبی در دولایه غشایی

ب- در کمپلکس با پیام رسان اولیه به تقویت کننده می پیوندد

ب. هنگام تعامل با پیام رسان اولیه، فعالیت آنزیمی از خود نشان می دهد

D. می تواند با پروتئین G تعامل داشته باشد

د- در طول انتقال سیگنال با فسفولیپاز C برهمکنش می کند گیرنده:

1. انسولین

2. آدرنالین

3. هورمون استروئیدی

5. کار "زنجیره ای" را کامل کنید:

آ) هورمون های پپتیدی با گیرنده ها تعامل دارند:

الف- در سیتوزول سلول

ب- پروتئین های انتگرال غشای سلول هدف

ب- در هسته سلول

D. به صورت کووالانسی به FIF 2 متصل می شود

ب) تعامل چنین گیرنده ای با یک هورمون باعث افزایش غلظت در سلول می شود:

A. هورمون

ب- متابولیت های میانی

ب. پیام رسان های ثانویه د. پروتئین های هسته ای

V) این مولکول ها می توانند:

A. TAG B. GTP

B. FIF 2 G. cAMP

ز) فعال می کنند:

A. آدنیلات سیکلاز

B. کالمودولین وابسته به Ca2+

B. پروتئین کیناز A D. فسفولیپاز C

ه) این آنزیم سرعت فرآیندهای متابولیک در سلول را با موارد زیر تغییر می دهد:

الف. افزایش غلظت Ca 2 + در سیتوزول ب. فسفوریلاسیون آنزیم های تنظیم کننده

ب- فعال شدن پروتئین فسفاتاز

د. تغییرات در بیان ژن پروتئین های تنظیم کننده

6. کار زنجیره ای را کامل کنید:

آ) اتصال فاکتور رشد (GF) به گیرنده (R) منجر به موارد زیر می شود:

A. تغییرات در محلی سازی مجموعه FR-R

ب. دیمریزاسیون و ترانس فسفوریلاسیون گیرنده

ب. تغییر در ساختار گیرنده و اتصال به پروتئین Gs D. جابجایی کمپلکس FR-R

ب) چنین تغییراتی در ساختار گیرنده میل آن را برای پروتئین غشای سطحی افزایش می دهد:

ب رف گ.گرب2

V) این تعامل احتمال پیوستن پروتئین سیتوزولی به مجموعه را افزایش می دهد:

A. Calmodulina B. Ras

B. PKS D. SOS

ز) که مکمل بودن کمپلکس را با پروتئین "لنگر" افزایش می دهد:

د) تغییر در ساختار پروتئین "لنگر" میل آن را به موارد زیر کاهش می دهد:

A. cAMP B. GTP

ب. GDP D. ATP

ه) این ماده با:

A. HDF B. AMP

ب. cGMP D. GTP

و) افزودن یک نوکلئوتید برهمکنش پروتئین "لنگر" را با:

A. PKA B. Calmodulin

ح) این پروتئین بخشی از مجموعه ای است که فسفریله می کند:

A. MEK کیناز B. پروتئین کیناز C

B. پروتئین کیناز A D. MAP کیناز

و) این آنزیم به نوبه خود فعال می شود:

A. MEK کیناز B. پروتئین کیناز G

B. پروتئین Raf D. MAP کیناز

ی) فسفوریلاسیون پروتئین میل آن را به موارد زیر افزایش می دهد:

الف. پروتئین های SOS و Raf ب. پروتئین های تنظیم کننده هسته ای ب. کالمودولین د. گیرنده های هسته ای

ک) فعال شدن این پروتئین ها منجر به موارد زیر می شود:

الف. دفسفوریلاسیون GTP در مرکز فعال پروتئین Ras B. کاهش میل ترکیبی گیرنده برای فاکتور رشد

ب. افزایش سرعت بیوسنتز ماتریس د. تفکیک کمپلکس SOS-Grb2

م) در نتیجه:

الف) پروتئین SOS از گیرنده جدا می شود.

ب. تجزیه پروتومرهای گیرنده رخ می دهد (R)

B. پروتئین Ras از پروتئین Raf جدا می شود

د- فعالیت تکثیر سلول هدف افزایش می یابد.

استانداردهای پاسخ به "وظایف خودکنترلی"

1. 1-B، 2-A، 3-D

3. 1-B، 2-D، 3-G

4. 1-B، 2-G، 3-B

5. الف) ب، ب) ج، ج) د، د) ج، ه) ب

6. الف) ب، ب) د، ج) گ، د) الف، ه) ب، و) د، گ) گ، ه) الف، ط) ز، ی) ج، ل) ج، م) د

اصطلاحات و مفاهیم اساسی

1. ساختار و عملکرد غشاها

2. انتقال مواد از طریق غشاها

3. ویژگی های ساختار پروتئین های غشایی

4. سیستم های انتقال سیگنال گذرنده (آدنیلات سیکلاز، اینوزیتول فسفات، گوانیلات سیکلاز، گیرنده های کاتالیزوری و درون سلولی)

5. پیام رسان های اولیه

6. پیام رسان های ثانویه (واسطه)

وظایف برای کار در کلاس

1. شکل را بررسی کنید. 4.19 و وظایف زیر را تکمیل کنید:

الف) نوع حمل و نقل را نام ببرید.

ب) ترتیب رویدادها را تعیین کنید:

A. Cl - سلول را در امتداد گرادیان غلظت ترک می کند

ب- پروتئین کیناز A زیرواحد R کانال را فسفریله می کند

ب. ترکیب زیر واحد R تغییر می کند

د. تغییرات ساختاری مشارکتی پروتئین غشایی رخ می دهد

د- سیستم آدنیلات سیکلاز فعال می شود

برنج. 4.19. عملکرد کانال C1 در اندوتلیوم روده.

R یک پروتئین تنظیمی است که توسط پروتئین کیناز A (PKA) به فرم فسفریله تبدیل می شود.

ج) عملکرد کانال Ca 2+ غشای شبکه آندوپلاسمی و کانال کلر سلول اندوتلیال روده را با پر کردن جدول مقایسه کنید. 4.3.

جدول 4.3. روش های تنظیم عملکرد کانال ها

حل مشکلات

1. انقباض عضله قلب Ca 2+ را فعال می کند که محتوای آن در سیتوزول سلول به دلیل عملکرد ناقلان وابسته به cAMP غشای سیتوپلاسمی افزایش می یابد. به نوبه خود، غلظت cAMP در سلول ها توسط دو مولکول سیگنال - آدرنالین و استیل کولین تنظیم می شود. علاوه بر این، مشخص شده است که آدرنالین، در تعامل با گیرنده های β2-آدرنرژیک، غلظت cAMP را در سلول های میوکارد افزایش می دهد و برون ده قلبی را تحریک می کند، و استیل کولین، در تعامل با گیرنده های M 2 - کولینرژیک، سطح cAMP و انقباض میوکارد را کاهش می دهد. توضیح دهید که چرا دو پیام رسان اولیه با استفاده از یک سیستم انتقال سیگنال، پاسخ های سلولی متفاوتی را تولید می کنند. برای این:

الف) طرح انتقال سیگنال برای آدرنالین و استیل کولین را تصور کنید.

ب) تفاوت در آبشارهای انتقال سیگنال این پیام رسان ها را نشان می دهد.

2. استیل کولین در تعامل با گیرنده های M3 کولینرژیک غدد بزاقی، آزادسازی Ca2+ را از ER تحریک می کند. افزایش غلظت Ca 2+ در سیتوزول، اگزوسیتوز گرانول های ترشحی و آزاد شدن الکترولیت ها و مقادیر کمی پروتئین را در مجرای بزاقی تضمین می کند. توضیح دهید که چگونه عملکرد کانال های ER Ca 2+ تنظیم می شود. برای این:

الف) پیام رسان ثانویه ای را نام ببرید که باز شدن کانال های Ca 2+ را در ER تضمین می کند.

ب) واکنش تشکیل پیام رسان ثانویه را بنویسید.

ج) نموداری از انتقال سیگنال غشایی استیل کولین را ارائه دهید که در طی فعال شدن آن کانال لیگاند تنظیمی Ca 2+ تشکیل می شود.

3. محققان گیرنده انسولین تغییر قابل توجهی در ژن پروتئینی که یکی از بسترهای گیرنده انسولین است شناسایی کرده اند. اختلال در ساختار این پروتئین چگونه بر عملکرد سیستم انتقال سیگنال انسولین تأثیر می گذارد؟ برای پاسخ به سوال:

الف) نمودار انتقال سیگنال غشایی انسولین را ارائه دهید.

ب) پروتئین ها و آنزیم هایی را که انسولین در سلول های هدف فعال می کند نام ببرید و عملکرد آنها را مشخص کنید.

4. پروتئین Ras یک پروتئین لنگر در غشای سیتوپلاسمی است. عملکرد "لنگر" توسط باقیمانده فارنسیل 15 کربنی H 3 C-(CH 3) C=CH-CH 2 -[CH 2 - (CH 3) C = CH-CH 2 ] 2 - انجام می شود که متصل است. به پروتئین توسط آنزیم farnesyltransferase در طی اصلاح پس از ترجمه. مهارکننده های این آنزیم در حال حاضر تحت آزمایشات بالینی هستند.

چرا استفاده از این داروها منجر به اختلال در انتقال سیگنال فاکتور رشد می شود؟ پاسخ دادن:

الف) طرحی از انتقال سیگنال شامل پروتئین های Ras ارائه دهید.

ب) عملکرد پروتئین های Ras و پیامدهای اختلال در اسیلاسیون آنها را توضیح دهد.

ج) حدس بزنید که این داروها برای درمان چه بیماری هایی ساخته شده اند.

5. هورمون استروئیدی کلسیتریول جذب کلسیم رژیم غذایی را فعال می کند و تعداد پروتئین های انتقال دهنده Ca 2+ را در سلول های روده افزایش می دهد. مکانیسم اثر کلسیتریول را توضیح دهید. برای این:

الف) یک طرح کلی از انتقال سیگنال هورمون استروئیدی ارائه دهید و عملکرد آن را شرح دهید.

ب) فرآیندی را نام ببرید که هورمون را در هسته سلول هدف فعال می کند.

ج) نشان می دهد که مولکول های سنتز شده در هسته در کدام بیوسنتز ماتریکس شرکت می کنند و کجا رخ می دهد.

بسته به محل گیرنده ها در سلول های هدف، هورمون ها را می توان به سه گروه تقسیم کرد.

گروه اول شامل هورمون های لیپیدیاز آنجایی که محلول در چربی هستند، به راحتی از طریق آن نفوذ می کنند غشای سلولیو با گیرنده هایی که در داخل سلول، معمولاً در سیتوپلاسم قرار دارند، تعامل دارند.

دومین گروه - هورمون های پروتئینی و پپتیدی.آنها از اسیدهای آمینه تشکیل شده اند و در مقایسه با هورمون های دارای ماهیت لیپیدی، وزن مولکولی بالاتری دارند و چربی دوست کمتری دارند، به همین دلیل به سختی از غشای پلاسما عبور می کنند. گیرنده های این هورمون ها در سطح غشای سلولی قرار دارند، به طوری که هورمون های پروتئینی و پپتیدی به داخل سلول نفوذ نمی کنند.

سومین گروه شیمیایی هورمون ها شامل وزن مولکولی کم است هورمون های تیروئید،تشکیل شده توسط دو باقی مانده اسید آمینه که توسط یک پیوند استری به هم متصل شده اند. این هورمون‌ها به راحتی به تمام سلول‌های بدن نفوذ می‌کنند و با گیرنده‌های موجود در هسته تعامل دارند. یک سلول می تواند گیرنده های هر سه نوع داشته باشد، یعنی. در هسته، سیتوزول و روی سطح غشای پلاسمایی موضعی است. علاوه بر این، گیرنده های مختلف از یک نوع ممکن است در یک سلول وجود داشته باشد. برای مثال، گیرنده‌های هورمون‌های پپتیدی و/یا پروتئینی مختلف ممکن است روی سطح غشای سلولی قرار گیرند.

پیام رسان های ثانویه: 1) نوکلئوتیدهای حلقوی (cAMP و cGMP). 2) یون های کلسیم و 3) متابولیت های فسفاتیدیلینوزیتول.

الحاق هورمونبه گیرنده اجازه می دهد تا دومی با پروتئین G تعامل داشته باشد. اگر یک پروتئین G سیستم آدنیلات سیکلاز-cAMP را فعال کند، پروتئین Gs نامیده می شود. تحریک آدنیلات سیکلاز که از طریق پروتئین Gs به غشای آنزیمی متصل می شود، تبدیل مقدار کمی از آدنوزین تری فسفات موجود در سیتوپلاسم را به cAMP در داخل سلول کاتالیز می کند.

مرحله بعد واسطه شدفعال شدن پروتئین کیناز وابسته به cAMP، که پروتئین‌های خاصی را در سلول فسفریله می‌کند و واکنش‌های بیوشیمیایی را تحریک می‌کند، که پاسخ سلول به عملکرد هورمون را تضمین می‌کند.

به محض اردوگاهدر سلول تشکیل می شود، این امر فعال شدن متوالی تعدادی از آنزیم ها را تضمین می کند. واکنش آبشاری بنابراین، اولین آنزیم فعال، آنزیم دوم را فعال می کند، که سومی را فعال می کند. هدف از این مکانیسم این است که تعداد کمی از مولکول های فعال شده توسط آدنیلات سیکلاز می توانند مولکول های بیشتری را در مرحله بعدی واکنش آبشاری فعال کنند، که راهی برای تقویت پاسخ است.

در نهایت، به لطف این سازوکارمقدار ناچیز هورمونی که روی سطح غشای سلولی اثر می‌کند، آبشار قدرتمندی از واکنش‌های فعال‌کننده را ایجاد می‌کند.

اگر هورمونی با گیرندهبه همراه پروتئین مهار کننده G (پروتئین Gi)، تشکیل cAMP را کاهش می دهد و در نتیجه فعالیت سلولی را کاهش می دهد.

سوالات برای آمادگی در درس:

1. تنظیم هورمونی به عنوان مکانیسم هماهنگی بین سلولی و بین اندامی متابولیسم. مکانیسم های اصلی تنظیم متابولیسم: تغییر در فعالیت آنزیم ها در سلول، تغییر در میزان آنزیم ها در سلول (القا یا سرکوب سنتز)، تغییر در نفوذپذیری غشای سلولی.

2. هورمون ها، مشخصات کلی، طبقه بندی هورمون ها بر اساس ساختار شیمیایی و عملکردهای بیولوژیکی. مکانیسم اثر هورمون های پروتئینی.

3. مکانیسم اثر هورمون های استروئیدی و تیروکسین.

4. هورمون های هیپوتالاموس. لولیبرین، سوماتوستاتین، تیرولیبرین.

5. هورمون های هیپوفیز. هورمون های هیپوفیز خلفی: وازوپرسین، اکسی توسین.

6. ساختار سنتز و متابولیسم یدوتیرونین ها.

7. تأثیر یدوتیرونین ها بر متابولیسم. کم کاری و پرکاری تیروئید.

8. هورمون های مدولای آدرنال. ساختار، تأثیر بر متابولیسم. بیوسنتز کاتکول آمین ها

9. هورمون رشد، ساختار، عملکردها.

10. هورمون ها غدد پاراتیروئید. تنظیم متابولیسم فسفر کلسیم.

11. انسولین. گلوکاگون. تاثیر بر متابولیسم

12. تصویر هورمونی دیابت ملیتوس وابسته به انسولین

13. تصویر هورمونی دیابت شیرین غیر وابسته به انسولین

14. هورمون های استروئیدی. گلوکوکورتیکوئیدها

15. هورمون های جنسی.

16. سیستم رنین آنژیوتانسین.

17. سیستم Kallikrein-kinin.

تکمیل وظایف:

1. لیبریایی ها:

الف. پپتیدهای کوچک

ب- تعامل با گیرنده های سیتوپلاسمی.

ب- ترشح هورمون های استوایی را فعال می کند.

د- سیگنالی را به گیرنده های غده هیپوفیز قدامی منتقل می کنند.

د- باعث ترشح انسولین شود.

2. عبارت نادرست را انتخاب کنید. اردوگاه:

الف. در بسیج گلیکوژن شرکت می کند.

ب. پیام رسان سیگنال دوم.

ب- فعال کننده پروتئین کیناز.

د. کوآنزیم آدنیلات سیکلاز.

د. سوبسترای فسفودی استراز.

3. رویدادهایی را که در طول سنتز یدوتیرونین ها رخ می دهد به ترتیب مورد نیاز با استفاده از نماد عددی ترتیب دهید:

الف. ید زایی باقیمانده های تیروزین در تیروگلوبولین.

ب. سنتز تیروگلوبولین.

ب. تراکم باقی مانده های تیروزین یددار.

د. انتقال یدوتیرونین ها به سلول های هدف.

د- تشکیل کمپلکس با پروتئین اتصال دهنده تیروکسین.

4. متابولیت های ذکر شده را به ترتیب تشکیل آنها مرتب کنید:

A. 17-OH-پروژسترون.

ب. پرگننولون.

ب- کلسترول.

G. پروژسترون

D. کورتیزول.

5. هورمونی را انتخاب کنید که سنتز و ترشح آن در پاسخ به افزایش فشار اسمزی افزایش می یابد:

الف. آلدوسترون.

B. کورتیزول.

ب. وازوپرسین.

G. آدرنالین.

د. گلوکاگون.

6. تحت تأثیر انسولین، کبد تسریع می کند:

الف. بیوسنتز پروتئین

ب- بیوسنتز گلیکوژن.

ب. گلوکونئوژنز.

د. بیوسنتز اسیدهای چرب.

د. گلیکولیز.

7. برای روزه سه روزه تمام موارد زیر صحیح است به جز:

الف- شاخص انسولین-گلوکاگون کاهش می یابد.

ب- سرعت گلوکونئوژنز از اسیدهای آمینه افزایش می یابد.

ب- سرعت سنتز TAG در کبد کاهش می یابد.

د- میزان اکسیداسیون b در کبد کاهش می یابد.

د- غلظت اجسام کتونی در خون بیشتر از حد طبیعی است.

8. چه زمانی دیابت قندیدر کبد رخ می دهد:

الف- تسریع سنتز گلیکوژن.

ب. کاهش سرعت گلوکونئوژنز از لاکتات.

ب. کاهش سرعت بسیج گلیکوژن.

د- افزایش سرعت سنتز استواستات.

د. افزایش فعالیت استیل کوآ کربوکسیلاز.

9. با NIDDM، موارد زیر اغلب در بیماران دیده می شود:

الف- هیپرگلوکزمی.

ب- کاهش سرعت سنتز انسولین.

ب- غلظت انسولین در خون طبیعی یا بالاتر از حد طبیعی باشد.

D. آنتی بادی برای سلول های b پانکراس.

D. میکروآنژیوپاتی ها.

کار آزمایشگاهی 14

موضوع: ساخت و تجزیه و تحلیل منحنی های گلیسمی

هدف: مطالعه متابولیسم میانی کربوهیدرات ها، نقش کربوهیدرات ها در متابولیسم انرژی. ارزش بالینی و تشخیصی روش بار قند برای دیابت، بیماری آدیسون، کم کاری تیروئید و غیره

اصل روش : تعیین گلوکز بر اساس واکنشی است که توسط گلوکز اکسیداز کاتالیز می شود:

گلوکز + O 2 گلوکونولاکتون + H 2 O 2

پراکسید هیدروژن تشکیل شده در طی این واکنش باعث اکسیداسیون سوبستراهای پراکسیداز و تشکیل یک محصول رنگی می شود.

روش بار قند: صبح ناشتا از انگشت بیمار خون گرفته و غلظت گلوکز خون مشخص می شود. پس از این، 50 تا 100 گرم گلوکز را در 200 میلی لیتر آب گرم بنوشید. آب جوش(1 گرم گلوکز به ازای هر 1 کیلوگرم وزن) به مدت حداکثر 5 دقیقه. سپس سطح گلوکز خون با گرفتن خون از انگشت هر 30 دقیقه به مدت 2-3 ساعت مجدداً بررسی می شود. یک نمودار در مختصات: زمان - غلظت گلوکز در سرم خون ساخته می شود و تشخیص بر اساس نوع نمودار مشخص یا مشخص می شود.

پیش رفتن:نمونه های سرم (قبل و بعد از مصرف گلوکز) از نظر غلظت گلوکز آزمایش می شوند. برای انجام این کار، 2 میلی لیتر از معرف کار (بافر فسفات، پراکسیداز + سوبستراهای گلوکز اکسیداز به نسبت 40:1) را به یک سری از لوله های آزمایش اضافه کنید. 0.05 میلی لیتر از محلول استاندارد گلوکز با غلظت 10 میلی مول در لیتر به یکی از لوله های آزمایش اضافه می شود. در برخی دیگر - 0.05 میلی لیتر سرم خون با استفاده از روش بار قند مصرف می شود. محلول ها تکان داده می شوند و به مدت 20 دقیقه در دمای اتاق انکوبه می شوند.

پس از انکوباسیون، چگالی نوری محلول ها با استفاده از FEC در طول موج 490 نانومتر اندازه گیری می شود. یک کووت با طول مسیر نوری 5 میلی متر. محلول مرجع معرف کار است.

محاسبه غلظت گلوکز:

C = 10 میلی مول در لیتر

که در آن E op چگالی نوری در نمونه های سرم است.

E st - چگالی نوری محلول استاندارد گلوکز

نتیجه تحلیل:

برنامه:

نتیجه:

تاریخ: امضای معلم:

درس عملی

تست 3 تنظیم هورمونی متابولیسم

هورمون های هیدروفیل از اسیدهای آمینه ساخته می شوند یا مشتقات آمینو اسیدها هستند. آنها به مقدار زیاد در سلول های غدد درون ریز رسوب می کنند و در صورت نیاز وارد خون می شوند. بیشتر این مواد در جریان خون بدون مشارکت ناقلین منتقل می شوند. بنابراین هورمون های هیدروفیل قادر به عبور از غشای سلولی چربی دوست نیستند عمل کنیدبرای هدف قرار دادن سلول ها به دلیل اتصال به گیرنده روی غشای پلاسمایی.

گیرنده هاپروتئین های غشایی جدایی ناپذیر هستند که مواد سیگنال دهنده را به آن متصل می کنند خارج ازغشاها و به دلیل تغییر در ساختار فضایی، سیگنال جدیدی در سمت داخلی غشاء تولید می کنند.

سه نوع گیرنده وجود دارد:

1. گیرنده های نوع 1پروتئین هایی هستند که دارای یک زنجیره گذرنده هستند. محل فعال این آنزیم آلوستریک (بسیاری از آنها پروتئین تیروزین کیناز هستند) در سمت داخلی غشاء قرار دارد. هنگامی که یک هورمون به یک گیرنده متصل می شود، دیمریزاسیون دومی با فعال شدن و فسفوریلاسیون همزمان تیروزین در گیرنده رخ می دهد. یک پروتئین ناقل سیگنال به فسفوتیروزین متصل می شود و سیگنالی را به پروتئین کینازهای داخل سلولی منتقل می کند.
2. کانال های یونیاینها پروتئین های غشایی هستند که وقتی به لیگاندها متصل می شوند به یون های Na +، K + یا Cl + باز می شوند. انتقال دهنده های عصبی اینگونه عمل می کنند.
3. گیرنده های نوع 3، با پروتئین های متصل شونده به GTP مرتبط هستند. زنجیره پپتیدی این گیرنده ها شامل هفت رشته گذرنده است. چنین گیرنده هایی سیگنالی را با استفاده از پروتئین های متصل شونده به GTP (پروتئین های G) به پروتئین های عامل منتقل می کنند. وظیفه این پروتئین ها تغییر غلظت است پیام رسان های ثانویه(پایین را ببینید).

اتصال یک هورمون آبدوست به یک گیرنده غشایی مستلزم یکی از سه نوع پاسخ درون سلولی است: 1) گیرنده تیروزین کینازها پروتئین کینازهای داخل سلولی را فعال می کنند، 2) فعال شدن کانال های یونی منجر به تغییر غلظت یون می شود، 3) فعال شدن گیرنده های مرتبط با پروتئین های متصل به GTP باعث سنتز مواد - واسطه ها، پیام رسان های ثانویه. هر سه سیستم انتقال سیگنال هورمونی به هم متصل هستند.

بیایید انتقال سیگنال توسط پروتئین های G را در نظر بگیریم، زیرا این فرآیند نقش کلیدی در مکانیسم عملکرد تعدادی از هورمون ها دارد. پروتئین های G سیگنال را از گیرنده نوع سوم به پروتئین های موثر منتقل می کنند. آنها از سه زیر واحد تشکیل شده اند: α، β و g. زیرواحد α می تواند نوکلئوتیدهای گوانین (GTP، GDP) را متصل کند. در حالت غیر فعال، پروتئین G به آن متصل می شود GDF. هنگامی که یک هورمون به یک گیرنده متصل می شود، این گیرنده ساختار خود را به گونه ای تغییر می دهد که می تواند پروتئین G را متصل کند. اتصال پروتئین G با گیرنده منجر به تبادل GDP برای GTF. در این حالت، پروتئین G فعال می شود، از گیرنده جدا می شود و به زیرواحد α و کمپلکس β، g تجزیه می شود. زیرواحد GTP-α به پروتئین های فاکتور متصل می شود و فعالیت آنها را تغییر می دهد و در نتیجه سنتز پیام رسان های ثانویه (پیام رسان ها) ایجاد می شود: cAMP، cGMP، دی اسیل گلیسرول (DAG)، اینوزیتول-1،4،5-تری فسفات (I-3-P) و غیره. هیدرولیز آهسته GTP متصل به تولید ناخالص داخلی، زیرواحد α را به حالت غیرفعال منتقل می کند و دوباره با β، g-کمپلکس، یعنی. پروتئین G به حالت اولیه خود باز می گردد.

پیام رسان های ثانویهیا پیام رسان ها، مواد درون سلولی هستند که غلظت آنها به شدت توسط هورمون ها، انتقال دهنده های عصبی و سایر سیگنال های خارج سلولی کنترل می شود. مهمترین پیام رسان های ثانویه cAMP، cGMP، دی اسیل گلیسرول (DAG)، اینوزیتول-1،4،5-تری فسفات (I-3-P) و مونوکسید نیتریک هستند.

مکانیسم عمل cAMP. cAMP یک عامل آلوستریک پروتئین کیناز A (PK-A) و کانال های یونی است. در حالت غیر فعال، PC-A یک تترامر است که دو زیرواحد کاتالیزوری (زیر واحدهای K) آن توسط زیرواحدهای تنظیمی (زیر واحدهای R) مهار می شوند. هنگامی که cAMP متصل می شود، زیر واحدهای R از کمپلکس جدا می شوند و زیر واحدهای K فعال می شوند.

آنزیم فعال می تواند بقایای سرین و ترئونین خاص را در بیش از 100 پروتئین مختلف و فاکتور رونویسی فسفریله کند. در نتیجه فسفوریلاسیون، فعالیت عملکردی این پروتئین ها تغییر می کند.

اگر همه چیز را به هم گره بزنیم، نمودار زیر را از سیستم آدنیلات سیکلاز دریافت می کنیم:

فعال شدن سیستم آدنیلات سیکلاز بسیار طولانی است مدت کوتاهیزیرا پروتئین G پس از اتصال به آدنیلات سیکلاز، شروع به نشان دادن فعالیت GTPase می کند. پس از هیدرولیز GTP، پروتئین G ساختار خود را بازیابی می کند و فعال سازی آدنیلات سیکلاز را متوقف می کند. در نتیجه، واکنش تشکیل cAMP متوقف می شود.

علاوه بر شرکت کنندگان در سیستم آدنیلات سیکلاز، برخی از سلول های هدف حاوی پروتئین های گیرنده جفت شده با پروتئین G هستند که منجر به مهار آدنیلات سیکلاز می شود. در این حالت کمپلکس پروتئین GTP-G آدنیلات سیکلاز را مهار می کند.

هنگامی که تشکیل cAMP متوقف می شود، واکنش های فسفوریلاسیون در سلول بلافاصله متوقف نمی شود: تا زمانی که مولکول های cAMP به وجود خود ادامه دهند، روند فعال شدن پروتئین کینازها ادامه خواهد داشت. به منظور توقف عمل cAMP، آنزیم خاصی در سلول ها وجود دارد - فسفودی استراز، که واکنش هیدرولیز 3.5 اینچ سیکلو-AMP به AMP را کاتالیز می کند.

برخی از موادی که اثر مهاری بر فسفودی استراز دارند (به عنوان مثال، آلکالوئیدهای کافئین، تئوفیلین) به حفظ و افزایش غلظت سیکلو-AMP در سلول کمک می کنند. تحت تأثیر این مواد در بدن، مدت زمان فعال شدن سیستم آدنیلات سیکلاز طولانی تر می شود، یعنی اثر هورمون افزایش می یابد.

علاوه بر سیستم‌های آدنیلات سیکلاز یا گوانیلات سیکلاز، مکانیسمی نیز برای انتقال اطلاعات درون سلول هدف با مشارکت یون‌های کلسیم و اینوزیتول تری فسفات وجود دارد.

اینوزیتول تری فسفاتماده ای است که مشتق شده از یک لیپید پیچیده - اینوزیتول فسفاتید است. این در نتیجه عمل یک آنزیم خاص - فسفولیپاز "C" تشکیل می شود که در نتیجه تغییرات ساختاری در دامنه درون سلولی پروتئین گیرنده غشایی فعال می شود.

این آنزیم پیوند فسفواستر را در مولکول فسفاتیدیل-اینوزیتول 4،5-بیس فسفات هیدرولیز می کند و دی اسیل گلیسرول و اینوزیتول تری فسفات را تشکیل می دهد.

مشخص شده است که تشکیل دی اسیل گلیسرول و اینوزیتول تری فسفات منجر به افزایش غلظت کلسیم یونیزه شده در داخل سلول می شود. این منجر به فعال شدن بسیاری از پروتئین های وابسته به کلسیم در داخل سلول، از جمله فعال شدن پروتئین کینازهای مختلف می شود. و در اینجا، مانند فعال شدن سیستم آدنیلات سیکلاز، یکی از مراحل انتقال سیگنال در داخل سلول، فسفوریلاسیون پروتئین است که منجر به پاسخ فیزیولوژیکی سلول به عمل هورمون می شود.

یک پروتئین مخصوص اتصال به کلسیم، کالمودولین، در مکانیسم سیگنال دهی فسفوئینوزیتید در سلول هدف شرکت می کند. این یک پروتئین با وزن مولکولی کم (17 کیلو دالتون)، 30٪ از اسیدهای آمینه با بار منفی (Glu، Asp) است و بنابراین قادر به اتصال فعال Ca +2 است. یک مولکول کالمودولین دارای 4 محل اتصال کلسیم است. پس از برهمکنش با Ca +2، تغییرات ساختاری در مولکول کالمودولین رخ می دهد و مجموعه "Ca +2-calmodulin" قادر به تنظیم فعالیت (بازدارنده یا فعال کننده آلوستریک) بسیاری از آنزیم ها - آدنیلات سیکلاز، فسفودی استراز، Ca +2، Mg + می شود. 2 -ATPase و پروتئین کینازهای مختلف.

در سلول های مختلف، زمانی که کمپلکس Ca + 2-کالمودولین روی ایزوآنزیم های همان آنزیم (به عنوان مثال، آدنیلات سیکلاز) اثر می کند. انواع متفاوتدر برخی موارد فعال سازی مشاهده می شود و در برخی دیگر مهار واکنش تشکیل cAMP مشاهده می شود. این اثرات متفاوت به این دلیل اتفاق می‌افتد که مراکز آلوستریک ایزوآنزیم‌ها ممکن است شامل رادیکال‌های اسید آمینه متفاوتی باشند و پاسخ آنها به عمل کمپلکس Ca + 2-calmodulin متفاوت خواهد بود.

بنابراین، نقش "پیام رسان های دوم" برای انتقال سیگنال ها از هورمون ها در سلول های هدف می تواند باشد:

نوکلئوتیدهای حلقوی (c-AMP و c-GMP)؛

یون های کلسیم؛

مجتمع "Ca-calmodulin"؛

دی اسیل گلیسرول؛

اینوزیتول تری فسفات

مکانیسم های انتقال اطلاعات از هورمون ها در داخل سلول های هدف با استفاده از واسطه های ذکر شده است ویژگی های مشترک:

1. یکی از مراحل انتقال سیگنال فسفوریلاسیون پروتئین است.

2. توقف فعال سازی به عنوان یک نتیجه از مکانیسم های ویژه آغاز شده توسط خود شرکت کنندگان در فرآیند رخ می دهد - مکانیسم های بازخورد منفی وجود دارد.

هورمون ها تنظیم کننده های هومورال اصلی عملکردهای فیزیولوژیکی بدن هستند و خواص، فرآیندهای بیوسنتز و مکانیسم های عمل آنها در حال حاضر به خوبی شناخته شده است.