Molekula hormónu sa zvyčajne označuje ako primárny mediátor regulačného účinku alebo ligand. Molekuly väčšiny hormónov sa viažu na svoje špecifické receptory na plazmatických membránach cieľových buniek a vytvárajú komplex ligand-receptor. Pre peptidové, proteínové hormóny a katecholamíny je jeho tvorba hlavným počiatočným článkom v mechanizme účinku a vedie k aktivácii membránových enzýmov a tvorbe rôznych sekundárnych mediátorov hormonálneho regulačného účinku, ktoré svoje pôsobenie realizujú v cytoplazme, organelách. a bunkové jadro. Z enzýmov aktivovaných komplexom ligand-receptor sú opísané: adenylátcykláza, guanylátcykláza, fosfolipázy C, D a A2, tyrozínkinázy, fosfáttyrozínfosfatázy, fosfoinozitid-3-OH-kináza, serín-treonínkináza, NO syntáza atď. Sekundárne poslovia, ktoré vznikajú vplyvom týchto membránových enzýmov, sú: 1) cyklický adenozínmonofosfát (cAMP); 2) cyklický guanozínmonofosfát (cGMP); 3) inozitol-3-fosfát (IFZ); 4) diacylglycerol; 5) oligo (A) (2,5-oligoizoadenylát); 6) Ca2+ (ionizovaný vápnik); 7) kyselina fosfatidová; 8) cyklický adenozíndifosfát ribóza; 9) NO (oxid dusnatý). Mnoho hormónov, ktoré tvoria komplexy ligand-receptor, súčasne spôsobuje aktiváciu niekoľkých membránových enzýmov, a teda sekundárnych poslov.

Mechanizmy účinku peptidových, proteínových hormónov a katecholamínov. Ligand. Významná časť hormónov a biologicky účinných látok interagujú s rodinou receptorov asociovaných s G-proteínmi plazmatickej membrány (andrenalín, norepinefrín, adenozín, angiotenzín, endotel atď.).

Hlavné systémy sekundárnych sprostredkovateľov.

Adenylátcykláza - cAMP systém. Membránový enzým adenylátcykláza môže byť v dvoch formách – aktivovaná a inaktivovaná. Adenylátcykláza sa aktivuje vplyvom komplexu hormón-receptor, ktorého tvorba vedie k naviazaniu guanylnukleotidu (GTP) na špecifický regulačný stimulačný proteín (GS proteín), po čom proteín GS spôsobí naviazanie Mg na adenylát. cyklázu a aktivujte ju. Takto pôsobia hormóny aktivujúce adenylátcyklázu - glukagón, tyreotropín, paratyrín, vazopresín (cez V-2 receptory), gonadotropín atď. Rad hormónov naopak adenylátcyklázu inhibuje - somatostatín, angiotenzín-II atď. komplexy hormónových receptorov týchto hormónov interagujú v bunkovej membráne s iným regulačným inhibičným proteínom (GI proteín), čo spôsobuje hydrolýzu guanozíntrifosfátu (GTP) na guanozíndifosfát (GDP), a teda potlačenie aktivity adenylátcyklázy. Adrenalín aktivuje adenylátcyklázu prostredníctvom p-adrenergných receptorov a potláča ju prostredníctvom alfa1-adrenergných receptorov, čo do značnej miery určuje rozdiely v účinkoch stimulácie rôznych typov receptorov. Pod vplyvom adenylátcyklázy sa cAMP syntetizuje z ATP, čo spôsobuje aktiváciu dvoch typov proteínkináz v bunkovej cytoplazme, čo vedie k fosforylácii mnohých intracelulárnych proteínov. To zvyšuje alebo znižuje priepustnosť membrán, aktivitu a množstvo enzýmov, t.j. spôsobuje metabolické a tým aj funkčné zmeny vitálnej aktivity bunky, typické pre hormón. V tabuľke. 6.2 ukazuje hlavné účinky aktivácie cAMP-dependentných proteínkináz.

Transmetylázový systém zabezpečuje metyláciu DNA, všetkých typov RNA, chromatínu a membránových proteínov, množstva hormónov na úrovni tkaniva a membránových fosfolipidov. To prispieva k implementácii mnohých hormonálnych vplyvov na procesy proliferácie, diferenciácie, stav membránovej permeability a vlastnosti ich iónových kanálov a, čo je obzvlášť dôležité zdôrazniť, ovplyvňuje dostupnosť membránových receptorových proteínov pre molekuly hormónov. Zastavenie hormonálneho účinku, realizované prostredníctvom systému adenylátcykláza - cAMP, sa uskutočňuje pomocou špeciálneho enzýmu cAMP fosfodiesterázy, ktorý spôsobí hydrolýzu tohto sekundárneho posla za vzniku adenozín-5-monofosfátu. Tento produkt hydrolýzy sa však v bunke premieňa na adenozín, ktorý má tiež účinky druhého posla, pretože potláča metylačné procesy v bunke.

Systém guanylátcykláza-cGMP. K aktivácii membránovej guanylátcyklázy nedochádza pod priamym vplyvom komplexu hormón-receptor, ale nepriamo prostredníctvom ionizovaného vápnika a oxidačných membránových systémov. Stimulácia aktivity guanylátcyklázy, ktorá určuje účinky acetylcholínu, je tiež sprostredkovaná cez Ca2+. Prostredníctvom aktivácie guanylátcyklázy realizuje účinok aj predsieňový natriuretický hormón, átriopeptid. Aktiváciou peroxidácie stimuluje guanylátcykláza endoteliálny hormón cievnej steny, oxid dusnatý, relaxačný endoteliálny faktor. Pod vplyvom guanylátcyklázy sa z GTP syntetizuje cGMP, ktorý aktivuje cGMP-dependentné proteínkinázy, ktoré znižujú rýchlosť fosforylácie ľahkých reťazcov myozínu v hladkých svaloch stien ciev, čo vedie k ich relaxácii. Vo väčšine tkanív sú biochemické a fyziologické účinky cAMP a cGMP opačné. Príkladmi sú stimulácia srdcových kontrakcií pod vplyvom cAMP a ich inhibícia cGMP, stimulácia kontrakcie hladkého svalstva čreva pomocou cGMP a supresia cAMP. cGMP poskytuje hyperpolarizáciu retinálnych receptorov pod vplyvom svetelných fotónov. Enzymatická hydrolýza cGMP a tým ukončenie hormonálneho účinku sa uskutočňuje pomocou špecifickej fosfodiesterázy.

Systém fosfolipázy C – inozitol-3-fosfát. Hormonoreceptorový komplex za účasti regulačného G-proteínu vedie k aktivácii membránového enzýmu fosfolipázy C, ktorá spôsobí hydrolýzu membránových fosfolipidov za vzniku dvoch druhých poslov: inozitol-3-fosfátu a diacylglycerolu. Inozitol-3-fosfát spôsobuje uvoľňovanie Ca2+ z intracelulárnych depot, hlavne z endoplazmatického retikula, ionizovaný vápnik sa viaže na špecializovaný proteín kalmodulín, ktorý zabezpečuje aktiváciu proteínkináz a fosforyláciu vnútrobunkových štruktúrnych proteínov a enzýmov. Na druhej strane diacylglycerol prispieva k prudkému zvýšeniu afinity proteínkinázy C k ionizovanému vápniku, ktorý ho bez účasti kalmodulínu aktivuje, čo tiež končí procesmi fosforylácie proteínov. Diacylglycerol súčasne realizuje ďalší spôsob sprostredkovania hormonálneho účinku aktiváciou fosfolipázy A-2. Vplyvom posledného z membránových fosfolipidov vzniká kyselina arachidónová, ktorá je zdrojom silných metabolických a fyziologických účinkov látok - prostaglandínov a leukotriénov. V rôznych bunkách tela prevláda jeden alebo druhý spôsob tvorby sekundárnych poslov, čo v konečnom dôsledku určuje fyziologický účinok hormónu. Prostredníctvom uvažovaného systému sekundárnych mediátorov sa realizujú účinky adrenalínu (v spojení s alfa adrenoreceptorom), vazopresínu (v spojení s V-1 receptorom), angiotenzínu-I, somatostatínu a oxytocínu.

Vápnik-kalmodulínový systém. Ionizovaný vápnik vstupuje do bunky po vytvorení komplexu hormón-receptor, buď z extracelulárneho prostredia v dôsledku aktivácie pomalých vápnikových kanálov membrány (ako sa to deje napríklad v myokarde), alebo z intracelulárnych zásob pod vplyvom inozitol-3-fosfátu. V cytoplazme nesvalových buniek sa vápnik viaže na špeciálny proteín kalmodulín a vo svalových bunkách plní úlohu kalmodulínu troponín C. Kalmodulín viazaný na vápnik mení svoju priestorovú organizáciu a aktivuje početné proteínkinázy, ktoré zabezpečujú fosforyláciu a následne , zmeny v štruktúre a vlastnostiach bielkovín. Okrem toho komplex kalcium-kalmodulín aktivuje cAMP fosfodiesterázu, ktorá potláča účinok cyklickej zlúčeniny ako druhého posla. Krátkodobé zvýšenie vápnika v bunke a jeho naviazanie na kalmodulín vyvolané hormonálnym podnetom je štartovacím stimulom pre početné fyziologické procesy - svalovú kontrakciu, sekréciu hormónov a uvoľňovanie mediátorov, syntézu DNA, zmeny bunkovej pohyblivosti, transport látok cez membrány, zmeny aktivity enzýmov.

Vzťahy sekundárnych sprostredkovateľov V bunkách tela je prítomných niekoľko sekundárnych poslov alebo sa môžu vytvárať súčasne. V tomto smere sa medzi sekundárnymi mediátormi vytvárajú rôzne vzťahy: 1) rovnocenná participácia, kedy sú pre plnohodnotný hormonálny efekt nevyhnutní rôzni mediátori; 2) jeden z mediátorov je hlavný a druhý len prispieva k realizácii účinkov prvého; 3) mediátory pôsobia sekvenčne (napríklad inozitol-3-fosfát zabezpečuje uvoľňovanie vápnika, diacylglycerol uľahčuje interakciu vápnika s proteínkinázou C); 4) sprostredkovatelia sa navzájom duplikujú, aby zabezpečili redundanciu na účely regulačnej spoľahlivosti; 5) mediátory sú antagonisty, t.j. jeden z nich zapína reakciu a druhý inhibuje (napríklad v hladkých svaloch ciev inozitol-3-fosfát a vápnik realizujú svoju kontrakciu a cAMP - relaxáciu).

Poslovia- látky s nízkou molekulovou hmotnosťou, ktoré prenášajú hormonálne signály vo vnútri bunky. Majú vysokú rýchlosť pohybu, štiepenia alebo odstraňovania (Ca 2+, cAMP, cGMP, DAG, ITF).

Porušenie výmeny poslov vedie k vážnym následkom. Napríklad forbolestery, ktoré sú analógmi DAG, ale na rozdiel od nich sa v tele nerozkladajú, prispievajú k rozvoju malígnych nádorov.

cAMP objavil Sutherland v 50. rokoch 20. storočia. Za tento objav dostal nobelová cena. cAMP sa podieľa na mobilizácii energetických zásob (rozklad sacharidov v pečeni alebo triglyceridov v tukových bunkách), na zadržiavaní vody v obličkách, na normalizácii metabolizmu vápnika, na zvyšovaní sily a frekvencie srdcových kontrakcií, na tvorba steroidných hormónov, pri relaxácii hladkého svalstva a pod.

cGMP aktivuje PC G, PDE, Ca 2+ -ATPázu, uzatvára Ca 2+ kanály a znižuje hladinu Ca 2+ v cytoplazme.

Enzýmy

Enzýmy kaskádových systémov katalyzujú:

• tvorba sekundárnych mediátorov hormonálneho signálu;
• aktivácia a inhibícia iných enzýmov;
• transformácia substrátov na produkty;

adenylátcykláza (AC)

Glykoproteín s hmotnosťou 120 až 150 kDa, má 8 izoforiem, kľúčový enzým systému adenylátcyklázy, pričom Mg 2+ katalyzuje tvorbu sekundárneho messengera cAMP z ATP.

AC obsahuje 2-SH skupiny, jednu na interakciu s G-proteínom a druhú na katalýzu. AC obsahuje niekoľko alosterických centier: pre Mg 2+, Mn 2+, Ca 2+, adenozín a forskolín.

Nachádza sa vo všetkých bunkách, nachádza sa na vnútornej strane bunkovej membrány. Aktivitu AC riadia: 1) extracelulárne regulátory – hormóny, eikosanoidy, biogénne amíny prostredníctvom G-proteínov; 2) intracelulárny regulátor Ca2+ (4 Ca2+-dependentné izoformy AC sú aktivované Ca2+).

Proteínkináza A (PC A)

PK A je prítomná vo všetkých bunkách, katalyzuje reakciu fosforylácie OH skupín serínu a treonínu regulačných proteínov a enzýmov, podieľa sa na systéme adenylátcyklázy a je stimulovaná cAMP. PC A pozostáva zo 4 podjednotiek: 2 regulačných R(hmotnosť 38000 Da) a 2 katalytické OD(hmotnosť 49000 Da). Každá regulačná podjednotka má 2 väzbové miesta cAMP. Tetramér nemá žiadnu katalytickú aktivitu. Pripojenie 4 cAMP k 2 R podjednotkám vedie k zmene ich konformácie a disociácii tetraméru. Súčasne sa uvoľňujú 2 aktívne katalytické podjednotky C, ktoré katalyzujú fosforylačnú reakciu regulačných proteínov a enzýmov, čím sa mení ich aktivita.

Proteínkináza C (PC C)

PC C sa zúčastňuje inozitoltrifosfátového systému a je stimulovaný Ca2+, DAG a fosfatidylserínom. Má regulačnú a katalytickú doménu. PC C katalyzuje fosforylačné reakcie enzýmových proteínov.

Proteínkináza G (PC G) existuje len v pľúcach, mozočku, hladkých svaloch a krvných doštičkách, podieľa sa na systéme guanylátcyklázy. PC G obsahuje 2 podjednotky, stimulované cGMP, katalyzuje fosforylačné reakcie enzýmových proteínov.

Fosfolipáza C (PL C)

Hydrolyzuje fosfoesterovú väzbu vo fosfatidylinozitoloch za vzniku DAG a IP 3, má 10 izoforiem. FL C je regulovaný prostredníctvom G-proteínov a aktivovaný Ca2+.

Fosfodiesteráza (PDE)

PDE konvertuje cAMP a cGMP na AMP a GMP inaktiváciou systémov adenylátcyklázy a guanylátcyklázy. PDE je aktivovaný Ca2+, 4Ca2+ -kalmodulínom, cGMP.

ŽIADNA syntáza je komplexný enzým, ktorý je dimérom, ku každej z podjednotiek, ku ktorým je pripojených niekoľko kofaktorov. NO syntáza nemá izoformy.

Väčšina buniek ľudského a zvieracieho tela je schopná syntetizovať a uvoľňovať NO, ale najviac študované sú tri bunkové populácie: endotel krvných ciev, neuróny a makrofágy. Podľa typu syntetizujúceho tkaniva má NO syntáza 3 hlavné izoformy: neurónovú, makrofágovú a endotelovú (označenú ako NO syntáza I, II a III).

Neurónové a endoteliálne izoformy NO syntázy sú v bunkách neustále prítomné v malých množstvách a syntetizujú NO vo fyziologických koncentráciách. Sú aktivované komplexom kalmodulín-4Ca 2+.

NO syntáza II normálne v makrofágoch chýba. Keď sú makrofágy vystavené lipopolysacharidom mikrobiálneho pôvodu alebo cytokínom, syntetizujú obrovské množstvo NO-syntázy II (100-1000-krát viac ako NO-syntáza I a III), ktorá produkuje NO v toxických koncentráciách. Glukokortikoidy (hydrokortizón, kortizol), známe svojou protizápalovou aktivitou, inhibujú expresiu NO-syntázy v bunkách.

Akcia Č

NO je plyn s nízkou molekulovou hmotnosťou, ľahko preniká cez bunkové membrány a zložky medzibunkovej látky, má vysokú reaktivitu, jeho polčas rozpadu v priemere nie je dlhší ako 5 s, vzdialenosť možnej difúzie je malá, v priemere 30 μm .

Vo fyziologických koncentráciách má NO silný vazodilatačný účinok.:

Endotel neustále produkuje malé množstvá NO.

Pod rôznymi vplyvmi – mechanickými (napríklad pri zvýšenej pulzácii prúdu alebo krvi), chemickými (lipopolysacharidy baktérií, cytokíny lymfocytov a krvných doštičiek a pod.) – syntéza NO v endotelových bunkách výrazne stúpa.

· NO z endotelu difunduje do susedných buniek hladkého svalstva cievnej steny, aktivuje v nich guanylátcyklázu, ktorá po 5s syntetizuje cGMP.

cGMP vedie k zníženiu hladiny vápenatých iónov v cytosóle buniek a oslabeniu spojenia medzi myozínom a aktínom, čo umožňuje bunkám relaxáciu po 10 sekundách.

Na tomto princípe funguje liek nitroglycerín. Pri odbúravaní nitroglycerínu vzniká NO, čo vedie k rozšíreniu ciev srdca a v dôsledku toho zmierňuje pocit bolesti.

NO reguluje lúmen mozgových ciev. Aktivácia neurónov v ktorejkoľvek oblasti mozgu vedie k excitácii neurónov obsahujúcich NO syntázu a/alebo astrocyty, v ktorých môže byť tiež indukovaná syntéza NO a plyn uvoľnený z buniek vedie k lokálnej vazodilatácii v oblasti excitácia.

NO sa podieľa na vzniku septického šoku, kedy veľké množstvo mikroorganizmov cirkulujúcich v krvi prudko aktivuje syntézu NO v endoteli, čo vedie k predĺženej a silnej expanzii malých krvných ciev a v dôsledku toho k výraznému pokles v krvný tlakťažko terapeuticky liečiť.

Pri fyziologických koncentráciách NO zlepšuje reologické vlastnosti krvi.:

NO tvorený v endoteli bráni adhézii leukocytov a krvných doštičiek k endotelu a tiež znižuje ich agregáciu.

NO môže pôsobiť ako antirastový faktor, ktorý zabraňuje proliferácii buniek hladkého svalstva v cievnej stene, čo je dôležitý článok v patogenéze aterosklerózy.

NO má vo vysokých koncentráciách cytostatický a cytolytický účinok na bunky (bakteriálne, rakovinové a pod.). nasledujúcim spôsobom:

· interakciou NO s radikálovým superoxidovým aniónom vzniká peroxydusitan (ONOO-), čo je silné toxické oxidačné činidlo;

NO sa silne viaže na hemínovú skupinu enzýmov obsahujúcich železo a inhibuje ich (inhibícia enzýmov mitochondriálnej oxidatívnej fosforylácie blokuje syntézu ATP, inhibícia enzýmov replikácie DNA prispieva k akumulácii poškodenia v DNA).

· NO a peroxydusitan môžu priamo poškodzovať DNA, čo vedie k aktivácii ochranných mechanizmov, najmä stimulácii enzýmu poly(ADP-ribóza)syntetázy, čo ďalej znižuje hladinu ATP a môže viesť k bunkovej smrti (prostredníctvom apoptózy) .

Podobné informácie.

Sekundárne mediátory účinku hormónov sú:

1. adenylátcykláza a cyklický AMP,

2. Guanylátcykláza a cyklický GMF,

3. Fosfolipáza C:

diacylglycerol (DAG),

inozitol-tri-fosfát (IF3),

4. Ionizovaný Ca - kalmodulín

Heterotrofný proteín G-proteín.

Tento proteín tvorí slučky v membráne a má 7 segmentov. Porovnávajú sa s hadovitými stuhami. Má vystupujúcu (vonkajšiu) a vnútornú časť. Hormón je pripojený k vonkajšej časti a ďalej vnútorný povrch Existujú 3 podjednotky – alfa, beta a gama. V neaktívnom stave má tento proteín guanozíndifosfát. Ale keď je aktivovaný, guanozíndifosfát sa mení na guanozíntrifosfát. Zmena aktivity G-proteínu vedie buď k zmene iónovej permeability membrány, alebo sa v bunke aktivuje enzýmový systém (adenylátcykláza, guanylátcykláza, fosfolipáza C). To spôsobí tvorbu špecifických proteínov, aktivuje sa proteínkináza (potrebná pre fosforylačné procesy).

G-proteíny môžu byť aktivačné (Gs) a inhibičné, alebo inými slovami, inhibičné (Gi).

K deštrukcii cyklického AMP dochádza pôsobením enzýmu fosfodiesterázy. Cyklický HMF má opačný účinok. Pri aktivácii fosfolipázy C vznikajú látky, ktoré prispievajú k akumulácii ionizovaného vápnika vo vnútri bunky. Vápnik aktivuje proteín cinázy, podporuje svalovú kontrakciu. Diacylglycerol podporuje premenu membránových fosfolipidov na kyselinu arachidónovú, ktorá je zdrojom tvorby prostaglandínov a leukotriénov.

Hormonálny receptorový komplex preniká do jadra a pôsobí na DNA, čím sa menia procesy transkripcie a vzniká mRNA, ktorá opúšťa jadro a smeruje k ribozómom.

Preto môžu hormóny poskytnúť:

1. Kinetická alebo štartovacia akcia,

2. Metabolické pôsobenie,

3. Morfogenetické pôsobenie (diferenciácia tkaniva, rast, metamorfóza),

4. Nápravné opatrenie (nápravné, adaptačné).

Mechanizmy účinku hormónov v bunkách:

Zmeny v priepustnosti bunkových membrán,

aktivácia alebo inhibícia enzýmových systémov,

Vplyv na genetickú informáciu.

Regulácia je založená na úzkej interakcii endokrinného a nervového systému. Procesy excitácie v nervovom systéme môžu aktivovať alebo inhibovať činnosť endokrinných žliaz. (Vezmite si napríklad proces ovulácie u králika. K ovulácii u králika dochádza až po akte párenia, ktoré stimuluje uvoľňovanie gonadotropného hormónu z hypofýzy. Ten spôsobuje proces ovulácie).

Po prenose duševnej traumy môže dôjsť k tyreotoxikóze. Nervový systém riadi uvoľňovanie hormónov hypofýzy (neurohormónu) a hypofýza ovplyvňuje činnosť iných žliaz.

Existujú mechanizmy spätnej väzby. Akumulácia hormónu v tele vedie k inhibícii produkcie tohto hormónu príslušnou žľazou a nedostatok bude mechanizmom stimulácie tvorby hormónu.

Existuje samoregulačný mechanizmus. (Napríklad glukóza v krvi určuje produkciu inzulínu a/alebo glukagónu; ak hladina cukru stúpa, produkuje sa inzulín a ak klesá, produkuje sa glukagón. Nedostatok Na stimuluje tvorbu aldosterónu.)

5. Hypotalamo-hypofyzárny systém. jej funkčná organizácia. Neurosekrečné bunky hypotalamu. Charakteristika trópnych hormónov a uvoľňujúcich hormónov (liberíny, statíny). Epifýza (šišinka).

6. Adenohypofýza, jej spojenie s hypotalamom. Povaha pôsobenia hormónov prednej hypofýzy. Hypo- a hypersekrécia hormónov adenohypofýzy. Zmeny súvisiace s vekom v tvorbe hormónov predného laloku.

Bunky adenohypofýzy (pozri ich štruktúru a zloženie v priebehu histológie) produkujú tieto hormóny: somatotropín (rastový hormón), prolaktín, tyreotropín (hormón stimulujúci štítnu žľazu), folikuly stimulujúci hormón, luteinizačný hormón, kortikotropín (ACTH), melanotropín, beta-endorfín, diabetogénny peptid, exoftalmický faktor a ovariálny rastový hormón. Pozrime sa podrobnejšie na účinky niektorých z nich.

kortikotropín . (adrenokortikotropný hormón - ACTH) je vylučovaný adenohypofýzou v nepretržite pulzujúcich vzplanutiach, ktoré majú jasný denný rytmus. Sekrécia kortikotropínu je regulovaná priamou a spätnou väzbou. Priame spojenie predstavuje hypotalamový peptid - kortikoliberín, ktorý zvyšuje syntézu a sekréciu kortikotropínu. Spätné väzby sú spúšťané krvnými hladinami kortizolu (hormón kôry nadobličiek) a sú uzavreté na úrovni hypotalamu aj adenohypofýzy a zvýšenie koncentrácie kortizolu inhibuje sekréciu kortikoliberínu a kortikotropínu.

Kortikotropín má dva typy účinku – nadobličkový a extraadrenálny. Účinok nadobličiek je hlavný a spočíva v stimulácii sekrécie glukokortikoidov, v oveľa menšej miere - mineralokortikoidov a androgénov. Hormón zvyšuje syntézu hormónov v kôre nadobličiek - steroidogenézu a syntézu bielkovín, čo vedie k hypertrofii a hyperplázii kôry nadobličiek. Mimoadrenálne pôsobenie spočíva v lipolýze tukového tkaniva, zvýšenej sekrécii inzulínu, hypoglykémii, zvýšenom ukladaní melanínu s hyperpigmentáciou.

Nadbytok kortikotropínu je sprevádzaný rozvojom hyperkortizolizmu s prevládajúcim zvýšením sekrécie kortizolu a nazýva sa Itsenko-Cushingova choroba. Hlavné prejavy sú typické pre nadbytok glukokortikoidov: obezita a iné metabolické zmeny, zníženie účinnosti imunitných mechanizmov, rozvoj arteriálnej hypertenzie a možnosť vzniku cukrovky. Nedostatok kortikotropínu spôsobuje nedostatočnú funkciu glukokortikoidov nadobličiek s výraznými metabolickými zmenami, ako aj zníženie odolnosti organizmu voči nepriaznivým podmienkam prostredia.

Somatotropín. . Rastový hormón má široké spektrum metabolických účinkov, ktoré poskytujú morfogenetický účinok. Hormón ovplyvňuje metabolizmus bielkovín, zvyšuje anabolické procesy. Stimuluje vstup aminokyselín do buniek, syntézu bielkovín zrýchlením translácie a aktiváciou syntézy RNA, zvyšuje bunkové delenie a rast tkanív a inhibuje proteolytické enzýmy. Stimuluje inkorporáciu sulfátu do chrupavky, tymidínu do DNA, prolínu do kolagénu, uridínu do RNA. Hormón spôsobuje pozitívnu dusíkovú bilanciu. Stimuluje rast epifýzových chrupaviek a ich nahradenie kostným tkanivom aktiváciou alkalickej fosfatázy.

Účinok na metabolizmus sacharidov je dvojaký. Na jednej strane somatotropín zvyšuje produkciu inzulínu, jednak v dôsledku priameho účinku na beta bunky, jednak v dôsledku hyperglykémie vyvolanej hormónmi v dôsledku rozkladu glykogénu v pečeni a svaloch. Somatotropín aktivuje pečeňovú inzulínázu, enzým, ktorý rozkladá inzulín. Na druhej strane má somatotropín protiinzulárny účinok, ktorý inhibuje využitie glukózy v tkanivách. Táto kombinácia účinkov, ak je predisponovaná v podmienkach nadmernej sekrécie, môže spôsobiť cukrovka, pôvodne nazývaný hypofýza.

Účinkom na metabolizmus tukov je stimulácia lipolýzy tukového tkaniva a lipolytický účinok katecholamínov, zvýšenie hladiny voľných mastných kyselín v krvi; ich nadmerným príjmom v pečeni a oxidáciou sa zvyšuje tvorba ketolátok. Tieto účinky somatotropínu sú tiež klasifikované ako diabetogénne.

Ak sa v ranom veku vyskytne nadbytok hormónu, vzniká gigantizmus s proporcionálnym vývojom končatín a trupu. Nadbytok hormónu v dospievaní a dospelosti spôsobuje zvýšenie rastu epifýzových úsekov kostí kostry, zón s neúplnou osifikáciou, čo sa nazýva akromegália. . Zvýšenie veľkosti a vnútorných orgánov - splanhomegalia.

Pri vrodenom nedostatku hormónu vzniká nanizmus nazývaný „nanizmus hypofýzy“. Po vydaní románu J. Swifta o Gulliverovi sa takýmto ľuďom hovorovo hovorí liliputáni. V iných prípadoch spôsobuje získaný nedostatok hormónov mierne zakrpatenie.

Prolaktín . Sekréciu prolaktínu regulujú hypotalamické peptidy – inhibítor prolaktinostatín a stimulátor prolaktoliberín. Produkcia hypotalamických neuropeptidov je pod dopaminergnou kontrolou. Hladina estrogénu a glukokortikoidov v krvi ovplyvňuje množstvo sekrécie prolaktínu.

a hormóny štítnej žľazy.

Prolaktín špecificky stimuluje vývoj mliečnej žľazy a laktáciu, ale nie jej sekréciu, ktorá je stimulovaná oxytocínom.

Okrem mliečnych žliaz prolaktín ovplyvňuje pohlavné žľazy, pomáha udržiavať sekrečnú aktivitu žltého telieska a tvorbu progesterónu. Prolaktín je regulátorom metabolizmu voda-soľ, znižuje vylučovanie vody a elektrolytov, zosilňuje účinky vazopresínu a aldosterónu, stimuluje rast vnútorné orgány, erytropoéza, podporuje prejav pudu materstva. Okrem toho, že zvyšuje syntézu bielkovín, zvyšuje tvorbu tuku zo sacharidov, čím prispieva k popôrodnej obezite.

melanotropín . . Tvorí sa v bunkách stredného laloku hypofýzy. Produkcia melanotropínu je regulovaná melanoliberínom v hypotalame. Hlavným účinkom hormónu je pôsobenie na melanocyty kože, kde spôsobuje útlm pigmentu v procesoch, zvýšenie voľného pigmentu v epiderme obklopujúcej melanocyty a zvýšenie syntézy melanínu. Zvyšuje pigmentáciu pokožky a vlasov.

Neurohypofýza, jej spojenie s hypotalamom. Účinky hormónov zadnej hypofýzy (oxygocín, ADH). Úloha ADH pri regulácii objemu tekutín v tele. Cukrovka bez cukru.

vazopresín . . Tvorí sa v bunkách supraoptického a paraventrikulárneho jadra hypotalamu a hromadí sa v neurohypofýze. Hlavné stimuly regulujúce syntézu vazopresínu v hypotalame a jeho vylučovanie do krvi hypofýzou možno vo všeobecnosti nazvať osmotické. Sú reprezentované: a) zvýšením osmotického tlaku krvnej plazmy a stimuláciou osmoreceptorov krvných ciev a neurónov-osmoreceptorov hypotalamu; b) zvýšenie obsahu sodíka v krvi a stimulácia hypotalamických neurónov, ktoré pôsobia ako sodíkové receptory; c) zníženie centrálneho objemu cirkulujúcej krvi a arteriálneho tlaku, ktoré vnímajú volomoreceptory srdca a mechanoreceptory ciev;

d) emocionálny a bolestivý stres a fyzická aktivita; e) aktivácia renín-angiotenzínového systému a stimulačný účinok angiotenzínu na neurosekrečné neuróny.

Účinky vazopresínu sa realizujú väzbou hormónu v tkanivách na dva typy receptorov. Väzba na receptory typu Y1, ktoré sa prevažne nachádzajú v stene krvných ciev, cez druhých poslov inozitoltrifosfát a vápnik spôsobuje cievny kŕč, ktorý prispieva k názvu hormónu - "vazopresínu". Väzba na receptory typu Y2 v distálnom nefrone prostredníctvom druhého posla cAMP zaisťuje zvýšenie priepustnosti zberných kanálikov nefrónu pre vodu, jej reabsorpciu a koncentráciu v moči, čo zodpovedá druhému názvu vazopresínu – „antidiuretický hormón, ADH".

Okrem pôsobenia na obličky a cievy vazopresín je jedným z dôležitých mozgových neuropeptidov podieľajúcich sa na tvorbe smädu a pitia, pamäťových mechanizmoch, regulácii sekrécie adenohypofýzových hormónov.

Nedostatok alebo dokonca úplná absencia sekrécie vazopresínu sa prejavuje vo forme prudkého zvýšenia diurézy s uvoľnením Vysoké číslo hypotonický moč. Tento syndróm sa nazýva diabetes insipidus", môže byť vrodená alebo získaná. Syndróm nadbytku vazopresínu (Parchonov syndróm) sa prejavuje

pri nadmernom zadržiavaní tekutín v tele.

Oxytocín . Syntéza oxytocínu v paraventrikulárnych jadrách hypotalamu a jeho uvoľňovanie do krvi z neurohypofýzy je stimulované reflexnou dráhou po stimulácii napínacích receptorov krčka maternice a receptorov mliečnej žľazy. Estrogény zvyšujú sekréciu oxytocínu.

Oxytocín spôsobuje tieto účinky: a) stimuluje kontrakciu hladkého svalstva maternice, čím prispieva k pôrodu; b) spôsobuje kontrakciu buniek hladkého svalstva vylučovacích ciest mliečnej žľazy, čím sa zabezpečuje uvoľňovanie mlieka; c) za určitých podmienok pôsobí močopudne a natriureticky; d) podieľa sa na organizácii správania pri pití a jedení; e) je ďalším faktorom regulácie sekrécie adenohypofýzových hormónov.

Reakcia cieľovej bunky na pôsobenie hormónu je tvorená vytvorením komplexu hormonálneho receptora (GH), čo vedie k aktivácii samotného receptora, iniciuje bunkovú odpoveď. Hormón adrenalín pri interakcii s receptorom otvára membránové kanály a Na+ - vstupný iónový prúd určuje funkciu bunky. Väčšina hormónov však neotvára alebo nezatvára membránové kanály sama o sebe, ale v interakcii s G proteínom.

Mechanizmus účinku hormónov na cieľové bunky je spojený s ich chemickou štruktúrou:

■ vo vode rozpustné hormóny - proteíny a polypeptidy, ako aj deriváty aminokyselín - katecholamíny, interagujú s receptormi membrány cieľovej bunky a vytvárajú komplex "hormón-receptor" (HR).Vzhľad tohto komplexu vedie k vzniku sekundárneho alebo intracelulárneho posla (messenger), s ktorým sú spojené zmeny funkcie bunky. Počet receptorov na povrchu membrány cieľovej bunky je približne 104-105;

■ hormóny rozpustné v tukoch - steroid - prechádzajú cez membránu cieľovej bunky a interagujú s plazmatickými receptormi, ktorých počet sa pohybuje od 3000 do 104, pričom vytvárajú komplex GH, ktorý sa potom dostáva do jadrovej membrány. Steroidné hormóny a deriváty aminokyseliny tyrozínu - tyroxín a trijódtyronín - prenikajú jadrovou membránou a interagujú s jadrovými receptormi spojenými s jedným alebo viacerými chromozómami, čo vedie k zmenám v syntéze proteínov v cieľovej bunke.

Podľa moderných koncepcií je pôsobenie hormónov spôsobené stimuláciou alebo inhibíciou katalytickej funkcie určitých enzýmov v cieľových bunkách. Tento efekt možno dosiahnuť dvoma spôsobmi:

■ interakcia hormónu s receptormi na povrchu bunkovej membrány a spustenie reťazca biochemických transformácií v membráne a cytoplazme;

■ prienik hormónu cez membránu a väzba na cytoplazmatické receptory, po ktorej komplex hormón-receptor preniká do jadra a organel bunky, kde syntézou nových enzýmov realizuje svoj regulačný účinok.

Prvá cesta vedie k aktivácii membránových enzýmov a tvorbe druhých poslov. Dnes sú známe štyri systémy sekundárnych poslov:

■ adenylátcykláza - cAMP;

■ guanylátcykláza - cGMP;

■ fosfolipáza - inozitol trifosfát;

■ kalmodulín - ionizovaný Ca 2+.

Druhým spôsobom ovplyvnenia cieľových buniek je komplexácia hormónu s receptormi obsiahnutými v bunkovom jadre, čo vedie k aktivácii alebo inhibícii jeho genetického aparátu.

Membránové receptory a druhí poslovia (messengeri)

Hormóny, viažuce sa na membránové receptory cieľovej bunky, tvoria komplex GH „hormón – receptor“ (krok 1) (obr. 6.3). Konformačné zmeny v receptore aktivujú stimulačný G-proteín (integrovaný s receptorom), ktorý je komplexom troch podjednotiek (α-, β-, γ-) a guanozíndifosfátu (GDP). výmena

TABUĽKA 6.11. stručný popis hormóny

Kde sa vyrábajú hormóny		Názov hormónu		skratka	Účinky na cieľové bunky
hypotalamus		hormón uvoľňujúci tyreotropín			Stimuluje produkciu tyreotropínu adenohypofýzou
hypotalamus		Hormón uvoľňujúci kortikotropín			Stimuluje produkciu ACTH adenohypofýzou
hypotalamus		Hormón uvoľňujúci gonadotropín			Stimuluje produkciu luteinizačného (LH) a folikuly stimulujúceho (FSP) hormónu adenohypofýzou
hypotalamus		faktor uvoľňujúci rastový hormón			Stimuluje produkciu rastového hormónu adenohypofýzou
hypotalamus		somatostatín			Potláča produkciu rastového hormónu adenohypofýzou
hypotalamus		Inhibičný faktor prolaktínu (dopamín)			Potláča produkciu prolaktínu adenohypofýzou
hypotalamus		faktor stimulujúci prolaktín			Stimuluje produkciu prolaktínu adenohypofýzou
hypotalamus		oxytocín			Stimuluje sekréciu mlieka, kontrakcie maternice
hypotalamus		Vasopresín - antidiuretický hormón			Stimuluje reabsorpciu vody v distálnom nefrone
Predná hypofýza		TSH, čiže hormón stimulujúci štítnu žľazu		TSH aboTSG	Stimuluje syntézu a sekréciu štítna žľaza tyroxín, trijódtyronín
Predná hypofýza					Stimuluje sekréciu glukokortikoidov (kortizolu) kôrou nadobličiek
Predná hypofýza		folikuly stimulujúci hormón			Stimuluje rast folikulov a sekréciu ovariálneho estrogénu
Predná hypofýza		luteinizačný hormón			Stimuluje ovuláciu, tvorbu žltého telieska, ako aj syntézu estrogénu a progesterónu vo vaječníkoch
Predná hypofýza		Rastový hormón alebo rastový hormón			Stimuluje syntézu bielkovín a celkový rast
Predná hypofýza		prolaktín			Stimuluje tvorbu a sekréciu mlieka
Predná hypofýza		β-lipotropín
Stredná hypofýza		melznotropín			Stimuluje syntézu melanínu u rýb, obojživelníkov, plazov (u ľudí stimuluje rast kostry (osifikáciu kostí), zvyšuje intenzitu metabolizmu, tvorbu tepla, zvyšuje využitie bielkovín, tukov, sacharidov bunkami, stimuluje formovanie duševných funkcií po narodení dieťaťa
štítnej žľazy		L-tyroxín
		trijódtyronín
Kôra nadobličiek (retikulárna zóna)		pohlavné hormóny			Stimuluje produkciu dihydrogepiandrosterónu a androstendiónu
Kôra nadobličiek (fascikulárna zóna)		Glukokortikoidy (kortizol)			Stimuluje glukoneogenézu, protizápalový účinok, potláča imunitný systém
Kôra nadobličiek (glomerulárna zóna)		aldosterón			Zvyšuje reabsorpciu iónov Na +, sekréciu iónov K + v tubuloch nefrónu
cerebrálne látka nadobličky		Adrenalín, norepinefrín			Aktivácia alfa, beta-adrenergných receptorov
		estrogény			Rast a vývoj ženských pohlavných orgánov, proliferatívna fáza menštruačného cyklu
		progesterón			Sekrečná fáza menštruačného cyklu
		testosterónu			Spermatogenéza, mužské sekundárne pohlavné znaky
Pár štítnej žľazy		Parat hormón (hormón prištítnych teliesok)			Zvyšuje koncentráciu Ca 2+ iónov v krvi (demineralizácia kostí)
Štítna žľaza (C-bunky)	kalcitonínu					Znižuje koncentráciu iónov Ca2+ v krvi
Aktivácia v obličkách	1,25-dihydroxycholekalciferol (kalcitriol)					Zvyšuje črevnú absorpciu iónov Ca 2+
Pankreas – beta bunky						Znižuje koncentráciu glukózy v krvi
Pankreas – alfa bunky	glukagón					Zvyšuje koncentráciu glukózy v krvi
placenta	ľudský choriový gonadotropín					Zvyšuje syntézu estrogénu a progesterónu
placenta	ľudský placentárny laktogén					Pôsobí ako rastový hormón a prolaktín počas tehotenstva

RYŽA. 6.3. Schéma mechanizmu účinku hormónu s tvorbou sekundárneho intracelulárneho posla cAMP. GDP - guanín difosfát, GTP - guanín trifosfát

GDP na guanozíntrifosfát GTP (krok 2) vedie k oddeleniu α-podjednotky, ktorá okamžite interaguje s inými signálnymi proteínmi, čím sa mení aktivita iónových kanálov alebo bunkových enzýmov - adenylátcyklázy alebo fosfolipázy C - a funkcia bunky.

Pôsobenie hormónov na cieľové bunky s tvorbou druhého posla cAMP

Aktivovaný membránový enzým adenylátcykláza premieňa ATP na druhého posla – cyklický adenozínmonofosfát cAMP (krok 3) (pozri obr. 6.3), ktorý následne aktivuje enzým proteínkinázu A (krok 4), čo vedie k fosforylácii špecifických proteínov (krok 5)., ktorého dôsledkom je zmena fyziologickej funkcie (krok 6), napríklad tvorba nových membránových kanálov pre ióny vápnika, čo vedie k zvýšeniu sily srdcových kontrakcií.

Druhý messenger cAMP je degradovaný enzýmom fosfodiesterázou na inaktívnu formu 5'-AMP.

Niektoré hormóny (natriuretické) interagujú s inhibičnými G-proteínmi, čo vedie k zníženiu aktivity membránových enzýmov adenylátcyklázy, zníženiu funkcie buniek.

Pôsobenie hormónov na cieľové bunky s tvorbou druhých poslov - diacylglycerol a inozitol-3-fosfát

Hormón tvorí komplex s membránovým receptorom - OS (1. krok) (obr. 6.4) a prostredníctvom G-proteínu (2. krok) aktivuje fosfolipázu C pripojenú na vnútorný povrch receptora (3. krok).

Vplyvom fosfolipázy C, ktorá hydrolyzuje membránové fosfolipidy (fosfatidylinozitolbifosfát), sa vytvárajú dvaja sekundárni poslovia – diacylglycerol (DG) a inozitol-3-fosfát (IP3) (krok 4).

Druhý posol IP3 mobilizuje uvoľňovanie iónov Ca2+ z mitochondrií a endoplazmatického retikula (krok 5), ktoré sa správajú ako druhí poslovia. Ca2+ ióny spolu s DG (lipid second messenger) aktivujú enzým proteínkinázu C (krok 6), ktorý fosforyluje proteíny a spôsobuje zmenu fyziologických funkcií cieľovej bunky.

Pôsobenie hormónov pomocou systémov "vápnik - kalmodulín", ktorý pôsobí ako sekundárny sprostredkovateľ. Keď vápnik vstúpi do bunky, naviaže sa na kalmodulín a aktivuje ho. Aktivovaný kalmodulín zase zvyšuje aktivitu proteínkinázy, čo vedie k fosforylácii proteínov, zmenám bunkových funkcií.

Pôsobenie hormónov na genetický aparát bunky

Steroidné hormóny rozpustné v tukoch prechádzajú cez membránu cieľovej bunky (krok 1) (obr. 6.5), kde sa viažu na proteíny cytoplazmatického receptora. Vytvorený komplex GR (krok 2) difunduje do jadra a viaže sa na špecifické oblasti chromozómovej DNA (krok 3), čím sa aktivuje proces transkripcie generovaním mRNA (krok 4). mRNA prenáša templát do cytoplazmy, kde zabezpečuje translačné procesy na ribozómoch (5. krok), syntézu nových proteínov (6. krok), čo vedie k zmene fyziologických funkcií.

Hormóny štítnej žľazy rozpustné v tukoch – tyroxín a trijódtyronín – prenikajú do jadra, kde sa viažu na receptorový proteín, čo je proteín, ktorý sa nachádza na chromozómoch DNA. Tieto receptory riadia funkciu promótorov aj operátorov génov.

Hormóny aktivujú genetické mechanizmy, ktoré sú v jadre, vďaka čomu sa produkuje viac ako 100 typov bunkových proteínov. Mnohé z nich sú enzýmy, ktoré zvyšujú metabolickú aktivitu telesných buniek. Po jednej reakcii s intracelulárnymi receptormi hormóny štítnej žľazy riadia génovú expresiu niekoľko týždňov.

Stručný opis:

Edukačný materiál z biochémie a molekulárnej biológie: Štruktúra a funkcie biologických membrán.

MODUL 4: ŠTRUKTÚRA A FUNKCIE BIOLOGICKÝCH MEMBRÁN

_Témy _

4.1. všeobecné charakteristiky membrány. Štruktúra a zloženie membrán

4.2. Transport látok cez membrány

4.3. Transmembránová signalizácia _

Ciele vzdelávania Byť schopný:

1. Interpretujte úlohu membrán pri regulácii metabolizmu, transporte látok do bunky a odstraňovaní metabolitov.

2. Vysvetlite molekulárne mechanizmy pôsobenia hormónov a iných signálnych molekúl na cieľové orgány.

Vedieť:

1. Štruktúra biologických membrán a ich úloha v metabolizme a energii.

2. Hlavné spôsoby prenosu látok cez membrány.

3. Hlavné zložky a štádiá transmembránovej signalizácie hormónov, mediátorov, cytokínov, eikozanoidov.

TÉMA 4.1. VŠEOBECNÉ CHARAKTERISTIKY MEMBRÁN.

ŠTRUKTÚRA A ZLOŽENIE MEMBRÁN

Všetky bunky a vnútrobunkové organely sú obklopené membránami, ktoré zohrávajú dôležitú úlohu v ich štruktúrnej organizácii a fungovaní. Základné princípy konštrukcie všetkých membrán sú rovnaké. Plazmatická membrána, ako aj membrány endoplazmatického retikula, Golgiho aparátu, mitochondrií a jadra však majú výrazné štruktúrne znaky, sú jedinečné svojim zložením a charakterom svojich funkcií.

Membrána:

Oddeľte bunky od životné prostredie a rozdeľte ho na priehradky (priehradky);

Regulovať transport látok do buniek a organel a naopak;

Poskytnite špecifickosť medzibunkových kontaktov;

Prijímať signály z vonkajšie prostredie.

Koordinované fungovanie membránových systémov, vrátane receptorov, enzýmov, transportných systémov, pomáha udržiavať bunkovú homeostázu a rýchlo reagovať na zmeny stavu vonkajšieho prostredia reguláciou metabolizmu v bunkách.

Biologické membrány sú tvorené lipidmi a proteínmi, ktoré sú navzájom spojené nekovalentné interakcie. Základom membrány je dvojitá lipidová vrstva ktorý zahŕňa proteínové molekuly (obr. 4.1). Lipidová dvojvrstva je tvorená dvoma radmi amfifilné molekuly, ktorých hydrofóbne „chvosty“ sú skryté vo vnútri a hydrofilné skupiny – polárne „hlavičky“ sú otočené smerom von a sú v kontakte s vodným prostredím.

1. Membránové lipidy. Membránové lipidy obsahujú nasýtené aj nenasýtené mastné kyseliny. Nenasýtené mastné kyseliny sú dvakrát častejšie ako nasýtené mastné kyseliny, čo určuje plynulosť membrán a konformačná labilita membránových proteínov.

V membránach sú tri hlavné typy lipidov – fosfolipidy, glykolipidy a cholesterol (obr. 4.2 – 4.4). Najčastejšie nájdené Glycerofosfolipidy sú deriváty kyseliny fosfatidovej.

Ryža. 4.1. Prierez plazmatickou membránou

Ryža. 4.2. Glycerofosfolipidy.

Kyselina fosfatidová je diacylglycerolfosfát. R1, R2 - radikály mastných kyselín (hydrofóbne "chvosty"). Zvyšok polynenasýtenej mastnej kyseliny je spojený s druhým atómom uhlíka glycerolu. Polárna „hlava“ je zvyšok kyseliny fosforečnej a na ňu naviazaná hydrofilná skupina serínu, cholínu, etanolamínu alebo inozitolu.

Existujú aj lipidy - deriváty aminoalkohol sfingozín.

Aminoalkohol sfingozín po acylácii, t.j. naviazaním mastnej kyseliny na skupinu NH2 sa mení na ceramid. Ceramidy sa vyznačujú zvyškom mastných kyselín. S OH skupinou ceramidu môžu byť spojené rôzne polárne skupiny. V závislosti od štruktúry polárnej "hlavy" sú tieto deriváty rozdelené do dvoch skupín - fosfolipidy a glykolipidy. Štruktúra polárnej skupiny sfingofosfolipidov (sfingomyelínov) je podobná glycerofosfolipidom. Mnoho sfingomyelínov sa nachádza v myelínových obaloch nervových vlákien. Glykolipidy sú sacharidové deriváty ceramidu. V závislosti od štruktúry sacharidovej zložky sa rozlišujú cerebrozidy a gangliozidy.

cholesterolu nachádza sa v membránach všetkých živočíšnych buniek, spevňuje membrány a redukuje ich plynulosť(tekutosť). Molekula cholesterolu sa nachádza v hydrofóbnej zóne membrány rovnobežne s hydrofóbnymi „chvoskami“ fosfo- a glykolipidových molekúl. Hydroxylová skupina cholesterolu, ako aj hydrofilné „hlavy“ fosfo- a glykolipidov,

Ryža. 4.3. Deriváty aminoalkoholu sfingozínu.

Ceramid - acylovaný sfingozín (R 1 - radikál mastnej kyseliny). Fosfolipidy zahŕňajú sfingomyelíny, v ktorých polárna skupina pozostáva zo zvyšku kyseliny fosforečnej a cholínu, etanolamínu alebo serínu. Hydrofilná skupina (polárna "hlava") glykolipidov je sacharidový zvyšok. Cerebrozidy obsahujú lineárny mono- alebo oligosacharidový zvyšok. Zloženie gangliozidov zahŕňa rozvetvený oligosacharid, ktorého jednou z monomérnych jednotiek je NANK - kyselina N-acetylneuramínová

smerom k vodnej fáze. Molárny pomer cholesterolu a iných lipidov v membránach je 0,3-0,9. Táto hodnota má najvyššiu hodnotu pre cytoplazmatickú membránu.

Zvýšenie obsahu cholesterolu v membránach znižuje pohyblivosť reťazcov mastných kyselín, čo ovplyvňuje konformačnú labilitu membránových proteínov a znižuje možnosť ich laterálna difúzia. So zvýšením tekutosti membrán spôsobeným pôsobením lipofilných látok na ne alebo peroxidáciou lipidov sa zvyšuje podiel cholesterolu v membránach.

Ryža. 4.4. Pozícia fosfolipidov a cholesterolu v membráne.

Molekula cholesterolu pozostáva z tuhého hydrofóbneho jadra a pružného uhľovodíkového reťazca. Polárna "hlava" je OH skupina na 3. atóme uhlíka molekuly cholesterolu. Pre porovnanie, obrázok ukazuje schematické znázornenie membránového fosfolipidu. Polárna hlava týchto molekúl je oveľa väčšia a má náboj

Lipidové zloženie membrán je odlišné, obsah jedného alebo druhého lipidu je zjavne určený rôznymi funkciami, ktoré tieto molekuly vykonávajú v membránach.

Hlavnými funkciami membránových lipidov sú:

Tvoria lipidovú dvojvrstvu – štrukturálny základ membrán;

Poskytovať prostredie potrebné na fungovanie membránových proteínov;

Podieľať sa na regulácii aktivity enzýmov;

Slúži ako "kotva" pre povrchové proteíny;

Podieľajte sa na prenose hormonálnych signálov.

Zmeny v štruktúre lipidovej dvojvrstvy môžu viesť k narušeniu membránových funkcií.

2. Membránové proteíny. Membránové proteíny sa líšia svojou polohou v membráne (obr. 4.5). Membránové proteíny v kontakte s hydrofóbnou oblasťou lipidovej dvojvrstvy musia byť amfifilné, t.j. majú nepolárnu doménu. Amfifilita sa dosahuje vďaka tomu, že:

Aminokyselinové zvyšky v kontakte s lipidovou dvojvrstvou sú väčšinou nepolárne;

Mnohé membránové proteíny sú kovalentne spojené so zvyškami mastných kyselín (acylované).

Acylové zvyšky mastných kyselín naviazané na proteín poskytujú jeho „ukotvenie“ v membráne a možnosť laterálnej difúzie. Okrem toho membránové proteíny podliehajú posttranslačným modifikáciám, ako je glykozylácia a fosforylácia. Glykozylácia vonkajšieho povrchu integrálnych proteínov ich chráni pred poškodením proteázami medzibunkového priestoru.

Ryža. 4.5. Membránové proteíny:

1, 2 - integrálne (transmembránové) proteíny; 3, 4, 5, 6 - povrchové proteíny. V integrálnych proteínoch je časť polypeptidového reťazca uložená v lipidovej vrstve. Tie časti proteínu, ktoré interagujú s uhľovodíkovými reťazcami mastných kyselín, obsahujú prevažne nepolárne aminokyseliny. Oblasti proteínu nachádzajúce sa v oblasti polárnych "hlavičiek" sú obohatené o hydrofilné aminokyselinové zvyšky. Povrchové proteíny sú pripojené k membráne rôznymi spôsobmi: 3 - spojené s integrálnymi proteínmi; 4 - pripojené k polárnym "hlavám" lipidovej vrstvy; 5 - "ukotvené" v membráne s krátkou hydrofóbnou koncovou doménou; 6 - "ukotvené" v membráne pomocou kovalentne viazaného acylového zvyšku

Vonkajšie a vnútorné vrstvy tej istej membrány sa líšia v zložení lipidov a bielkovín. Táto vlastnosť v štruktúre membrán je tzv transmembránová asymetria.

Membránové proteíny sa môžu podieľať na:

Selektívny transport látok do bunky az bunky;

Prenos hormonálnych signálov;

Tvorba "ohraničených jamiek" zapojených do endocytózy a exocytózy;

Imunologické reakcie;

Ako enzýmy pri premenách látok;

Organizácia medzibunkových kontaktov, ktoré zabezpečujú tvorbu tkanív a orgánov.

TÉMA 4.2. PREPRAVA LÁTOK CEZ MEMBRÁNY

Jednou z hlavných funkcií membrán je regulácia prenosu látok do bunky a z bunky, zadržiavanie látok, ktoré bunka potrebuje a odstraňovanie nepotrebných. Transport iónov, organických molekúl cez membrány môže prebiehať pozdĺž koncentračného gradientu - pasívna doprava a proti koncentračnému gradientu - aktívny transport.

1. Pasívna doprava možno vykonať nasledujúcimi spôsobmi (obr. 4.6, 4.7):

Ryža. 4.6. Mechanizmy prenosu látok cez membrány pozdĺž koncentračného gradientu

Pasívna doprava je difúzia iónov cez proteínové kanály, napríklad difúzia H+, Ca 2+, N+, K+. Fungovanie väčšiny kanálov je regulované špecifickými ligandami alebo zmenami v transmembránovom potenciáli.

Ryža. 4.7. Ca2+ kanál membrány endoplazmatického retikula regulovaný inozitol-1,4,5-trifosfátom (IF 3).

IP 3 (inozitol-1,4,5-trifosfát) vzniká pri hydrolýze membránového lipidu PIF 2 (fosfatidylinozitol-4,5-bisfosfát) pôsobením enzýmu fosfolipázy C. IP 3 sa viaže na špecifické centrá Ca2+ protoméry membránového kanála endoplazmatického retikula. Konformácia proteínu sa mení a kanál sa otvára - Ca 2 + vstupuje do cytosólu bunky pozdĺž koncentračného gradientu

2. Aktívna doprava. primárne aktívny transport nastáva proti koncentračnému gradientu s výdajom energie ATP za účasti transportných ATPáz, napríklad Na +, K + -ATPázy, H + -ATPázy, Ca 2 + -ATPázy (obr. 4.8). H + -ATPázy fungujú ako protónové pumpy, ktoré vytvárajú kyslé prostredie v lyzozómoch bunky. Pomocou Ca 2+ -ATPázy cytoplazmatickej membrány a membrány endoplazmatického retikula sa udržiava nízka koncentrácia vápnika v cytosóle bunky a vytvára sa intracelulárne depot Ca 2+ v mitochondriách a endoplazmatickom retikulum.

sekundárne aktívny transport nastáva v dôsledku koncentračného gradientu jednej z transportovaných látok (obr. 4.9), ktorý najčastejšie vytvára Na +, K + -ATPáza, ktorá funguje so spotrebou ATP.

Naviazanie látky, ktorej koncentrácia je vyššia, na aktívne centrum nosného proteínu, mení jej konformáciu a zvyšuje afinitu k zlúčenine, ktorá prechádza do bunky proti koncentračnému gradientu. Existujú dva typy sekundárneho aktívneho transportu: aktívny symport a antiport.

Ryža. 4.8. Mechanizmus fungovania Ca 2 + -ATPázy

Ryža. 4.9. sekundárny aktívny transport

3. Prenos makromolekúl a častíc za účasti membrán - endocytóza a exocytóza.

Prenos makromolekúl, ako sú proteíny, nukleové kyseliny, polysacharidy alebo aj väčšie častice, z extracelulárneho prostredia do bunky endocytóza. K väzbe látok alebo vysokomolekulárnych komplexov dochádza v určitých oblastiach plazmatickej membrány, ktoré sú tzv lemované jamy. Endocytóza, ktorá sa vyskytuje za účasti receptorov zabudovaných v ohraničených jamkách, umožňuje bunkám absorbovať špecifické látky a je tzv. receptor-dependentná endocytóza.

Makromolekuly, ako sú peptidové hormóny, tráviace enzýmy, proteíny extracelulárnej matrice, lipoproteínové komplexy, sa vylučujú do krvi alebo medzibunkového priestoru exocytóza. Tento spôsob transportu umožňuje odstraňovať z bunky látky, ktoré sa hromadia v sekrečných granulách. Vo väčšine prípadov je exocytóza regulovaná zmenou koncentrácie iónov vápnika v cytoplazme buniek.

TÉMA 4.3. TRANSMEMBRÁNOVÁ SIGNALIZÁCIA

Dôležitou vlastnosťou membrán je schopnosť vnímať a prenášať signály z prostredia vo vnútri bunky. Vnímanie vonkajších signálov bunkami nastáva, keď interagujú s receptormi umiestnenými v membráne cieľových buniek. Receptory pripojením signálnej molekuly aktivujú intracelulárne dráhy prenosu informácií, čo vedie k zmene rýchlosti rôznych metabolických procesov.

1. signálna molekula, ktorý špecificky interaguje s membránovým receptorom primárny posol. Primárni poslovia sú rôzni chemické zlúčeniny- hormóny, neurotransmitery, eikosanoidy, rastové faktory alebo fyzikálne faktory, ako napríklad svetelné kvantá. Receptory bunkovej membrány aktivované primárnymi poslami prenášajú prijaté informácie do systému proteínov a enzýmov, ktoré sa tvoria kaskáda prenosu signálu, poskytuje niekoľko stonásobné zosilnenie signálu. Doba odozvy bunky, ktorá spočíva v aktivácii alebo inaktivácii metabolických procesov, svalovej kontrakcii, transporte látok z cieľových buniek, môže byť niekoľko minút.

Membrána receptory rozdelené na:

Receptory obsahujúce podjednotku, ktorá viaže primárneho posla a iónový kanál;

Receptory schopné vykazovať katalytickú aktivitu;

Receptory, ktoré pomocou G-proteínov aktivujú tvorbu sekundárnych (intracelulárnych) poslov, ktoré prenášajú signál špecifickým proteínom a enzýmom cytosolu (obr. 4.10).

Druhí poslovia majú malú molekulovú hmotnosť, difundujú vysokou rýchlosťou v cytosóle bunky, menia aktivitu zodpovedajúcich proteínov a potom sa rýchlo rozdeľujú alebo sú z cytosólu odstránené.

Ryža. 4.10. Receptory umiestnené v membráne.

Membránové receptory možno rozdeliť do troch skupín. Receptory: 1 - obsahujúce podjednotku, ktorá viaže signálnu molekulu a iónový kanál, napríklad acetylcholínový receptor na postsynaptickej membráne; 2 - vykazujúci katalytickú aktivitu po pridaní signálnej molekuly, napríklad inzulínového receptora; 3, 4 - prenos signálu do enzýmu adenylátcyklázy (AC) alebo fosfolipázy C (PLS) za účasti membránových G-proteínov, napríklad rôznych typov receptorov pre adrenalín, acetylcholín a iné signálne molekuly

Role sekundárnych poslov vykonávať molekuly a ióny:

CAMP (cyklický adenozín-3",5"-monofosfát);

CGMP (cyklický guanozín-3",5"-monofosfát);

IP 3 (inozitol-1,4,5-trifosfát);

DAG (diacylglycerol);

Existujú hormóny (steroidy a štítna žľaza), ktoré pri prechode cez lipidovú dvojvrstvu vstúpiť do bunky a interagovať s intracelulárne receptory. Fyziologicky dôležitý rozdiel medzi membránovými a intracelulárnymi receptormi je rýchlosť odpovede na prichádzajúci signál. V prvom prípade bude účinok rýchly a krátkodobý, v druhom - pomalý, ale dlhotrvajúci.

Receptory spojené s G-proteínom

Interakcia hormónov s receptormi spojenými s G-proteínom vedie k aktivácii systému prenosu signálu inozitolfosfátu alebo zmenám v aktivite regulačného systému adenylátcyklázy.

2. Systém adenylátcyklázy zahŕňa (obr. 4.11):

- integrálne cytoplazmatické membránové proteíny:

R s - receptor primárneho posla - aktivátor systému adenylátcyklázy (ACS);

R; - receptor primárneho posla - inhibítor ACS;

Enzým adenylátcykláza (AC).

- "ukotvený" bielkoviny:

Gs - GTP-viažuci proteín, pozostávajúci z α,βγ-podjednotiek, v ktorých (α,-podjednotka je spojená s molekulou GDP;

Ryža. 4.11. Fungovanie systému adenylátcyklázy

G; - GTP-viažuci proteín, pozostávajúci z αβγ-podjednotiek, v ktorých a; -podjednotka je spojená s molekulou GDP; - cytosolický enzým proteín kináza A (PKA).

Sekvencia udalostí transdukcie primárneho messengerového signálu systémom adenylátcyklázy

Receptor má väzbové miesta pre primárneho posla na vonkajšom povrchu membrány a G-proteín (α,βγ-GDP) na vnútornom povrchu membrány. Interakcia aktivátora systému adenylátcyklázy, ako je hormón s receptorom (Rs), vedie k zmene konformácie receptora. Zvyšuje sa afinita receptora ku G..-proteínu. Pripojenie komplexu hormón-receptor na GS-GDP znižuje afinitu α,-podjednotky G..-proteínu k GDP a zvyšuje afinitu k GTP. V aktívnom mieste α,-podjednotky je GDP nahradený GTP. To spôsobuje zmenu v konformácii podjednotky α a zníženie jej afinity k podjednotkám βγ. Oddelená podjednotka α,-GTP sa laterálne presúva v lipidovej vrstve membrány k enzýmu adenylátcyklázy.

Interakcia α,-GTP s regulačným centrom adenylátcyklázy mení konformáciu enzýmu, vedie k jeho aktivácii a zvýšeniu rýchlosti tvorby druhého posla - cyklického adenozín-3,5'-monofosfátu (cAMP) od ATP. Koncentrácia cAMP sa v bunke zvyšuje. Molekuly cAMP sa môžu reverzibilne viazať na regulačné podjednotky proteínkinázy A (PKA), ktorá pozostáva z dvoch regulačných (R) a dvoch katalytických (C) podjednotiek - (R 2 C 2). Komplex R2C2 nemá enzymatickú aktivitu. Pripojenie cAMP k regulačným podjednotkám spôsobuje zmenu ich konformácie a stratu komplementarity s C-podjednotkami. Katalytické podjednotky získavajú enzymatickú aktivitu.

Aktívna proteínkináza A s pomocou ATP fosforyluje špecifické proteíny na serínových a treonínových zvyškoch. Fosforylácia proteínov a enzýmov zvyšuje alebo znižuje ich aktivitu, preto sa mení rýchlosť metabolických procesov, na ktorých sa podieľajú.

Aktiváciou signálnej molekuly R receptora sa stimuluje fungovanie Gj-proteínu, ktoré prebieha podľa rovnakých pravidiel ako u G..-proteínu. Ale keď ai-GTP podjednotka interaguje s adenylátcyklázou, aktivita enzýmu klesá.

Inaktivácia adenylátcyklázy a proteínkinázy A

α,-podjednotka v komplexe s GTP pri interakcii s adenylátcyklázou začína vykazovať enzymatickú (GTP-fosfatázovú) aktivitu, hydrolyzuje GTP. Výsledná molekula GDP zostáva v aktívnom centre α, podjednotky, mení svoju konformáciu a znižuje svoju afinitu k AC. Komplex AC a α,-GDP disociuje, α,-GDP je súčasťou G..-proteínu. Oddelenie α,-GDP od adenylátcyklázy inaktivuje enzým a zastaví syntézu cAMP.

Fosfodiesteráza- "ukotvený" enzým cytoplazmatickej membrány hydrolyzuje predtým vytvorené molekuly cAMP na AMP. Pokles koncentrácie cAMP v bunke spôsobuje štiepenie komplexu cAMP 4K" 2 a zvyšuje afinitu R- a C-podjednotiek a vytvára sa neaktívna forma PKA.

Fosforylované enzýmy a proteíny fosfoproteín fosfatáza prechádzajú do defosforylovanej formy, mení sa ich konformácia, aktivita a rýchlosť procesov, na ktorých sa tieto enzýmy zúčastňujú. Výsledkom je, že systém sa vráti do pôvodného stavu a je pripravený na opätovnú aktiváciu, keď hormón interaguje s receptorom. Tak je zabezpečená zhoda obsahu hormónov v krvi a intenzity odpovede cieľových buniek.

3. Účasť adenylátcyklázového systému na regulácii génovej expresie. Mnohé proteínové hormóny: glukagón, vazopresín, parathormón atď., ktoré prenášajú svoj signál cez systém adenylátcyklázy, môžu nielen spôsobiť zmenu rýchlosti reakcií fosforyláciou enzýmov už prítomných v bunke, ale aj zvýšiť alebo znížiť ich počet reguláciou génovej expresie (obr. 4.12). Aktívna proteínkináza A môže prejsť do jadra a fosforylovať transkripčný faktor (CREB). Pristúpenie fosforu

Ryža. 4.12. Adenylátcyklázová dráha vedúca k expresii špecifických génov

Zvyšok zvyšuje afinitu transkripčného faktora (CREB-(P) k špecifickej sekvencii regulačnej zóny DNA-CRE (cAMP-response element) a stimuluje expresiu určitých proteínových génov.

Syntetizovanými proteínmi môžu byť enzýmy, ktorých zvýšenie zvyšuje rýchlosť reakcií metabolických procesov, alebo membránové nosiče, ktoré zabezpečujú vstup alebo výstup určitých iónov, vody alebo iných látok z bunky.

Ryža. 4.13. Inozitol fosfátový systém

Prácu systému zabezpečujú proteíny: kalmodulín, enzým proteínkináza C, proteínkinázy závislé od Ca2+ -kalmodulínu, regulované kanály Ca2+ membrány endoplazmatického retikula, Ca2+-ATPáza bunkových a mitochondriálnych membrán.

Sekvencia udalostí prenosu primárneho messengerového signálu systémom inozitol fosfátu

Väzba aktivátora inozitolfosfátového systému na receptor (R) vedie k zmene jeho konformácie. Zvyšuje sa afinita receptora pre proteín Gf ls. Pripojenie primárneho komplexu messenger-receptor k Gf ​​ls-GDP znižuje afinitu podjednotky afls k GDP a zvyšuje afinitu k GTP. V aktívnom mieste je podjednotka af ls GDP nahradená GTP. To spôsobuje zmenu v konformácii podjednotky afls a zníženie afinity k podjednotkám βγ a dochádza k disociácii proteínu Gfls. Oddelená podjednotka afls-GTP sa laterálne pohybuje cez membránu k enzýmu fosfolipáza C.

Interakcia aphls-GTP s väzbovým miestom fosfolipázy C mení konformáciu a aktivitu enzýmu, zvyšuje rýchlosť hydrolýzy fosfolipidu bunkovej membrány – fosfatidylinozitol-4,5-bisfosfátu (FIF 2) (obr. 4.14).

Ryža. 4.14. Hydrolýza fosfatidylinozitol-4,5-bisfosfátu (FIF 2)

Pri reakcii vznikajú dva produkty - sekundárni poslovia hormonálneho signálu (sekundárni poslovia): diacylglycerol, ktorý zostáva v membráne a podieľa sa na aktivácii enzýmu proteínkinázy C, a inozitol-1,4,5-trifosfát (IF 3), ktorý ako hydrofilná zlúčenina prechádza do cytosólu. Signál prijatý bunkovým receptorom je teda rozvetvený. IP 3 sa viaže na špecifické centrá Ca2+ kanála membrány endoplazmatického retikula (E), čo vedie k zmene konformácie proteínu a otvoreniu Ca2+ kanála. Keďže koncentrácia vápnika v ER je asi o 3-4 rády vyššia ako v cytosóle, po otvorení Ca2+ kanála vstupuje do cytosólu pozdĺž koncentračného gradientu. V neprítomnosti IF 3 v cytosóle je kanál uzavretý.

Cytosol všetkých buniek obsahuje malý proteín nazývaný kalmodulín, ktorý má štyri väzbové miesta Ca2+. So zvyšujúcou sa koncentráciou

vápnik, aktívne sa viaže na kalmodulín a vytvára komplex 4Са 2+ -kalmodulín. Tento komplex interaguje s Ca 2+ -kalmodulín-dependentnými proteínkinázami a inými enzýmami a zvyšuje ich aktivitu. Aktivovaná Ca 2+-kalmodulín-dependentná proteínkináza fosforyluje určité proteíny a enzýmy, v dôsledku čoho sa mení ich aktivita a rýchlosť metabolických procesov, na ktorých sa zúčastňujú.

Zvýšenie koncentrácie Ca2+ v cytosóle bunky zvyšuje rýchlosť interakcie Ca2+ s neaktívnym cytosolovým enzýmom proteínkináza C (PKC). Väzba PKC na ióny vápnika stimuluje pohyb proteínu na plazmatickú membránu a umožňuje enzýmu interagovať s negatívne nabitými „hlavami“ membránových molekúl fosfatidylserínu (PS). Diacylglycerol, ktorý obsadzuje špecifické miesta v proteínkináze C, ďalej zvyšuje jeho afinitu k iónom vápnika. Na vnútornej strane membrány sa tvorí aktívna forma PKC (PKC? Ca2+? PS? DAG), ktorá fosforyluje špecifické enzýmy.

Aktivácia IF systému je krátkodobá a po reakcii bunky na stimul sa inaktivuje fosfolipáza C, proteínkináza C a enzýmy závislé od Ca2+-kalmodulínu. af ls - Podjednotka v komplexe s GTP a fosfolipázou C vykazuje enzymatickú (GTP-fosfatázovú) aktivitu, hydrolyzuje GTP. Podjednotka af ls naviazaná na GDP stráca svoju afinitu k fosfolipáze C a vracia sa do pôvodného neaktívneho stavu, t.j. je zahrnutý v αβγ-GDP komplexe Gfls-proteín).

Separácia af ls-GDF od fosfolipázy C inaktivuje enzým a hydrolýza FIF2 sa zastaví. Zvýšenie koncentrácie Ca 2+ v cytosóle aktivuje Ca 2+ -ATPázu endoplazmatického retikula, cytoplazmatickej membrány, ktorá „odčerpáva“ Ca 2 + z cytosólu bunky. Na tomto procese sa podieľajú aj Na+/Ca2+- a H+/Ca2+-nosiče fungujúce na princípe aktívneho antiportu. Pokles koncentrácie Ca 2+ vedie k disociácii a inaktivácii enzýmov závislých od Ca 2+ -kalmodulínu, ako aj k strate afinity proteínkinázy C k membránovým lipidom a zníženiu jej aktivity.

IP 3 a DAG vytvorené ako výsledok aktivácie systému môžu opäť vzájomne interagovať a premeniť sa na fosfatidylinozitol-4,5-bisfosfát.

Fosforylované enzýmy a proteíny pôsobením fosfoproteínfosfatázy prechádzajú do defosforylovanej formy, mení sa ich konformácia a aktivita.

5. Katalytické receptory. Katalytické receptory sú enzýmy. Aktivátormi týchto enzýmov môžu byť hormóny, rastové faktory, cytokíny. V aktívnej forme receptorové enzýmy fosforylujú špecifické proteíny na -OH skupinách tyrozínu, preto sa nazývajú tyrozín proteínkinázy (obr. 4.15). Prostredníctvom špeciálnych mechanizmov môže byť signál prijatý katalytickým receptorom prenesený do jadra, kde stimuluje alebo potláča expresiu určitých génov.

Ryža. 4.15. Aktivácia inzulínového receptora.

Fosfoproteínfosfatáza defosforyluje špecifické fosfoproteíny.

Fosfodiesteráza premieňa cAMP na AMP a cGMP na GMP.

GLUT 4 - transportéry glukózy v tkanivách závislých od inzulínu.

Tyrozín proteín fosfatáza defosforyluje β-podjednotku receptora

inzulín

Príkladom katalytického receptora je inzulínový receptor, ktorý pozostáva z dvoch a- a dvoch β-podjednotiek. a-podjednotky sa nachádzajú na vonkajšom povrchu bunkovej membrány, β-podjednotky prenikajú do membránovej dvojvrstvy. Miesto viazania inzulínu je tvorené N-koncovými doménami a-podjednotiek. Katalytické centrum receptora sa nachádza na intracelulárnych doménach p-podjednotiek. Cytosolická časť receptora má niekoľko tyrozínových zvyškov, ktoré môžu byť fosforylované a defosforylované.

Naviazanie inzulínu na väzobné miesto tvorené a-podjednotkami spôsobuje kooperatívne konformačné zmeny v receptore. β-podjednotky vykazujú tyrozínkinázovú aktivitu a katalyzujú transautofosforyláciu (prvá β-podjednotka fosforyluje druhú β-podjednotku a naopak) na niekoľkých tyrozínových zvyškoch. Fosforylácia vedie k zmene náboja, konformácie a substrátovej špecifickosti enzýmu (Tyr-PA). Tyrozín-PK fosforyluje určité bunkové proteíny, ktoré sa nazývajú substráty inzulínových receptorov. Na druhej strane sa tieto proteíny podieľajú na aktivácii kaskády fosforylačných reakcií:

fosfoproteín fosfatáza(FPF), ktorý defosforyluje špecifické fosfoproteíny;

fosfodiesteráza, ktorý konvertuje cAMP na AMP a cGMP na GMP;

GLUT 4- nosiče glukózy v tkanivách závislých od inzulínu, preto sa zvyšuje príjem glukózy do buniek svalov a tukového tkaniva;

tyrozín proteín fosfatáza ktorý defosforyluje p-podjednotku inzulínového receptora;

jadrové regulačné proteíny, transkripčné faktory, zvýšenie alebo zníženie génovej expresie určitých enzýmov.

Implementácia efektov rastové faktory sa môže uskutočniť s použitím katalytických receptorov, ktoré pozostávajú z jediného polypeptidového reťazca, ale po naviazaní primárneho posla tvoria diméry. Všetky receptory tohto typu majú extracelulárnu glykozylovanú doménu, transmembránu (a-helix) a cytoplazmatickú doménu schopnú po aktivácii vykazovať aktivitu proteínkinázy.

Dimerizácia podporuje aktiváciu ich katalytických intracelulárnych domén, ktoré vykonávajú transautofosforyláciu na aminokyselinových zvyškoch serínu, treonínu alebo tyrozínu. Naviazanie fosforových zvyškov vedie k vytvoreniu väzbových miest pre špecifické cytosolové proteíny v receptore a aktivácii signálnej transdukčnej kaskády proteínkinázy (obr. 4.16).

Sekvencia udalostí prenosu signálu primárnych poslov (rastových faktorov) za účasti Ras- a Raf-proteínov.

Väzba receptora (R) na rastový faktor (GF) vedie k jeho dimerizácii a transautofosforylácii. Fosforylovaný receptor získava afinitu k proteínu Grb2. Vytvorený komplex FR*R*Grb2 interaguje s cytosolickým SOS proteínom. Zmena konformácie SOS

zabezpečuje jeho interakciu s ukotveným membránovým proteínom Ras-GDF. Tvorba komplexu FR?R?Grb2?SOS?Ras-GDP znižuje afinitu proteínu Ras k GDP a zvyšuje afinitu k GTP.

Nahradenie GDP GTP mení konformáciu proteínu Ras, ktorý sa uvoľňuje z komplexu a interaguje s proteínom Raf v membránovej oblasti. Komplex Ras-GTP-Raf vykazuje aktivitu proteínkinázy a fosforyluje enzým kinázy MEK. Aktivovaná MEK kináza zase fosforyluje MAP kinázu na treoníne a tyrozíne.

Obr.4.16. MAP kinázová kaskáda.

Receptory tohto typu majú epidermálny rastový faktor (EGF), nervový rastový faktor (NGF) a ďalšie rastové faktory.

Grb2 - proteín, ktorý interaguje s receptorom rastového faktora (proteín viažuci rastový receptor); SOS (GEF) - výmenný faktor GDP-GTP (výmenný faktor guanínového nukleotidu); Ras - G-proteín (guanidíntrifosfatáza); Raf-kináza - vo svojej aktívnej forme - fosforylujúca MEK-kináza; MEK kináza - MAP kináza kináza; MAP kináza - mitogénom aktivovaná proteín kináza (mitogénom aktivovaná proteín kináza)

Pripojenie -P032- skupiny k aminokyselinovým radikálom MAP kinázy mení jej náboj, konformáciu a aktivitu. Enzým fosforyluje špecifické proteíny membrán, cytosolu a jadra na serín a treonín.

Zmeny v aktivite týchto proteínov ovplyvňujú rýchlosť metabolických procesov, fungovanie membránových translokáz a mitotickú aktivitu cieľových buniek.

Receptory s aktivita guanylátcyklázy sa tiež označujú ako katalytické receptory. Guanylátcykláza katalyzuje vznik cGMP z GTP, ktorý je jedným z dôležitých poslov (mediátorov) prenosu intracelulárneho signálu (obr. 4.17).

Ryža. 4.17. Regulácia aktivity membránovej guanylátcyklázy.

Guanylátcykláza (GC) viazaná na membránu je transmembránový glykoproteín. Väzbové centrum signálnej molekuly sa nachádza na extracelulárnej doméne, intracelulárna doména guanylátcyklázy vykazuje katalytickú aktivitu ako výsledok aktivácie

Pripojenie primárneho posla k receptoru aktivuje guanylátcyklázu, ktorá katalyzuje premenu GTP na cyklický guanozín-3,5'-monofosfát (cGMP), druhého posla. Koncentrácia cGMP sa v bunke zvyšuje. Molekuly cGMP sa môžu reverzibilne pripojiť k regulačným centrám proteínkinázy G (PKG5), ktorá pozostáva z dvoch podjednotiek. Štyri molekuly cGMP menia konformáciu a aktivitu enzýmu. Aktívna proteínkináza G katalyzuje fosforyláciu určitých proteínov a enzýmov v bunkovom cytosóle. Jedným z primárnych poslov proteínkinázy G je atriálny natriuretický faktor (ANF), ktorý reguluje homeostázu tekutín v tele.

6. Prenos signálu pomocou intracelulárnych receptorov. Chemicky hydrofóbne hormóny (steroidné hormóny a tyroxín) môžu difundovať cez membrány, takže ich receptory sa nachádzajú v cytosóle alebo bunkovom jadre.

Cytosolické receptory sú spojené s chaperónovým proteínom, ktorý zabraňuje predčasnej aktivácii receptora. Jadrové a cytosolické receptory pre steroidné hormóny a hormóny štítnej žľazy obsahujú doménu viažucu DNA, ktorá zabezpečuje interakciu komplexu hormón-receptor s regulačnými oblasťami DNA v jadre a zmeny v rýchlosti transkripcie.

Postupnosť udalostí vedúcich k zmene rýchlosti transkripcie

Hormón prechádza cez lipidovú dvojvrstvu bunkovej membrány. V cytosóle alebo jadre hormón interaguje s receptorom. Komplex hormón-receptor prechádza do jadra a pripája sa k regulačnej nukleotidovej sekvencii DNA - zosilňovač(obr. 4.18) príp tlmič. Dostupnosť promótora pre RNA polymerázu sa zvyšuje po interakcii so zosilňovačom alebo klesá po interakcii s tlmičom. V súlade s tým sa rýchlosť transkripcie určitých štruktúrnych génov zvyšuje alebo znižuje. Z jadra sa uvoľňujú zrelé mRNA. Rýchlosť translácie určitých proteínov sa zvyšuje alebo znižuje. Mení sa množstvo bielkovín, ktoré ovplyvňujú metabolizmus a funkčný stav bunky.

V každej bunke sú receptory zahrnuté v rôznych systémoch prevodníkov signálu, ktoré premieňajú všetky vonkajšie signály na vnútrobunkové. Počet receptorov pre konkrétneho prvého posla sa môže meniť od 500 do viac ako 100 000 na bunku. Sú umiestnené na membráne vzdialene od seba alebo sú sústredené v určitých jej oblastiach.

Ryža. 4.18. Prenos signálu na intracelulárne receptory

b) z tabuľky vyberte lipidy, ktoré sa podieľajú na:

1. Aktivácia proteínkinázy C

2. Reakcie tvorby DAG pôsobením fosfolipázy C

3. Tvorba myelínových obalov nervových vlákien

c) napíšte hydrolytickú reakciu lipidu, ktorý ste si vybrali v odseku 2;

d) uveďte, ktorý z produktov hydrolýzy sa podieľa na regulácii Ca2+ kanála endoplazmatického retikula.

2. Vyberte správne odpovede.

Konformačná labilita nosných proteínov môže byť ovplyvnená:

B. Zmena elektrického potenciálu cez membránu

B. Naviazanie špecifických molekúl D. Zloženie mastných kyselín dvojvrstvových lipidov E. Množstvo transportovanej látky

3. Nastaviť zhodu:

A. ER vápnikový kanál B. Ca2+-ATPáza

D. Ka +-závislý nosič Ca 2 + D. N +, K + -ATPáza

1. Nesie Na+ pozdĺž koncentračného gradientu

2. Funguje mechanizmom uľahčenej difúzie

3. Nesie Na+ proti koncentračnému gradientu

4. Preneste stôl. 4.2. zošit a vyplňte ho.

Tabuľka 4.2. Systémy adenylátcyklázy a inozitolfosfátu

Štruktúra a fázy prevádzky	Systém adenylátcyklázy	Inozitol fosfátový systém
Príklad primárneho posla systému
Integrálny bunkový membránový proteín interagujúci komplementárne s primárnym poslom
Proteín aktivujúci signálny enzým
Enzýmový systém tvoriaci sekundárneho (e) posla
Sekundárny posol(-ovia) systému
Cytosolický (e) enzým (enzýmy) systému interagujúci (e) s druhým poslom
Mechanizmus regulácie (v tomto systéme) aktivity enzýmov metabolických dráh
Mechanizmy na zníženie koncentrácie druhých poslov v cieľovej bunke
Dôvod poklesu aktivity membránového enzýmu signalizačného systému

ÚLOHY PRE SEBAOVLÁDANIE

1. Nastaviť zhodu:

A. Pasívny symport B. Pasívny antiport

B. Endocytóza D. Exocytóza

D. Primárny aktívny transport

1. K transportu látky do bunky dochádza spolu s časťou plazmatickej membrány

2. Súčasne dve rôzne látky prechádzajú do bunky pozdĺž koncentračného gradientu

3. Transport látok ide proti koncentračnému gradientu

2. Vyber správnu odpoveď.

ag-GTP-asociovaná podjednotka G-proteínu aktivuje:

A. Receptor

B. Proteínkináza A

B. Fosfodiesteráza D. Adenylátcykláza E. Proteínkináza C

3. Nastavte zhodu.

Funkcia:

A. Reguluje aktivitu katalytického receptora B. Aktivuje fosfolipázu C

B. Prekladá do aktívna forma proteínkináza A

D. Zvyšuje koncentráciu Ca 2+ v cytosóle bunky E. Aktivuje proteínkinázu C

Druhý posol:

4. Nastavte zhodu.

Fungovanie:

A. Schopný laterálnej difúzie v membránovej dvojvrstve

B. V kombinácii s primárnym messengerom sa pripája k zosilňovaču

B. Vykazuje enzymatickú aktivitu pri interakcii s primárnym poslom

G. Môže interagovať s G-proteínom

D. Interaguje s fosfolipázou C počas prenosu signálu Receptor:

1. Inzulín

2. Adrenalín

3. Steroidný hormón

5. Dokončite „reťazovú“ úlohu:

a) peptidové hormóny interagujú s receptormi:

A. V cytosóle bunky

B. Integrálne proteíny membrán cieľových buniek

B. V bunkovom jadre

G. Kovalentne spojené s FIF 2

b) interakcia takéhoto receptora s hormónom spôsobuje zvýšenie koncentrácie v bunke:

A. Hormón

B. Intermediárne metabolity

B. Druhí poslovia D. Jadrové proteíny

v) tieto molekuly môžu byť:

A. TAG B. GTP

B. FIF2D. cAMP

G) aktivujú:

A. Adenylátcykláza

B. Ca2+-dependentný kalmodulín

B. Proteínkináza A D. Fosfolipáza C

e) tento enzým mení rýchlosť metabolických procesov v bunke:

A. Zvýšenie koncentrácie Ca 2 + v cytosóle B. Fosforylácia regulačných enzýmov

B. Aktivácia protenfosfatázy

D. Zmeny v expresii génov regulačných proteínov

6. Dokončite úlohu „reťazec“:

a) pripojenie rastového faktora (GF) k receptoru (R) vedie k:

A. Zmeny v lokalizácii komplexu FR-R

B. Dimerizácia a transautofosforylácia receptora

B. Zmena konformácie receptora a pripojenie na Gs proteín D. Pohyb komplexu FR-R

b) takéto zmeny v štruktúre receptora zvyšujú jeho afinitu k povrchovému proteínu membrány:

B. Raf G. Grb2

v) táto interakcia zvyšuje pravdepodobnosť pripojenia na cytosolický proteínový komplex:

A. Kalmodulina B. Ras

B. PCS D. SOS

G) čo zvyšuje komplementaritu komplexu k "ukotvenému" proteínu:

e) zmena v konformácii "ukotveného" proteínu znižuje jeho afinitu k:

A. cAMP B. GTP

B. GDF G. ATP

e) táto látka sa nahrádza takto:

A. GDF B. AMP

B. cGMP D. GTP

a) pripojenie nukleotidu podporuje interakciu "ukotveného" proteínu s:

A. PKA B. Kalmodulín

h) Tento proteín je súčasťou komplexu, ktorý fosforyluje:

A. MEK kináza B. Proteínkináza C

B. Proteínkináza AD. MAP kináza

a) Tento enzým zase aktivuje:

A. MEK kináza B. Proteínkináza G

B. Raf proteín D. MAP kináza

j) fosforylácia proteínu zvyšuje jeho afinitu k:

A. SOS a Raf proteíny B. Jadrové regulačné proteíny B. Kalmodulín D. Jadrové receptory

k) aktivácia týchto proteínov vedie k:

A. Defosforylácia GTP v aktívnom centre proteínu Ras B. Znížená afinita receptora pre rastový faktor

B. Zvýšenie rýchlosti biosyntézy matrice D. Disociácia komplexu SOS-Grb2

m) v dôsledku toho:

A. SOS proteín sa uvoľňuje z receptora

B. Dochádza k disociácii receptorových protomérov (R).

B. Proteín Ras sa oddeľuje od proteínu Raf

D. Zvyšuje sa proliferatívna aktivita cieľovej bunky.

ŠTANDARDY ODPOVEDÍ NA „ÚLOHY PRE SEBAOVLÁDANIE“

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

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

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

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

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

ZÁKLADNÉ POJMY A POJMY

1. Štruktúra a funkcie membrán

2. Transport látok cez membrány

3. Štrukturálne vlastnosti membránových proteínov

4. Transmembránové systémy prenosu signálu (adenylátcykláza, inozitolfosfát, guanylátcykláza, katalytické a intracelulárne receptory)

5. Primárni poslovia

6. Sekundárni poslovia (sprostredkovatelia)

ÚLOHY PRE AUDITORSKÚ PRÁCU

1. Pozri obr. 4.19 a dokončite nasledujúce úlohy:

a) pomenovať spôsob dopravy;

b) nastavte poradie udalostí:

A. Cl - opúšťa bunku pozdĺž koncentračného gradientu

B. Proteínkináza A fosforyluje R-podjednotku kanála

B. Zmeny konformácie R-podjednotky

D. Vyskytujú sa kooperatívne konformačné zmeny v membránovom proteíne

D. Aktivuje sa systém adenylátcyklázy

Ryža. 4.19. Fungovanie C1 - kanála endotelu čreva.

R je regulačný proteín, ktorý sa premieňa na fosforylovanú formu pôsobením proteínkinázy A (PKA)

c) porovnajte fungovanie Ca 2+ kanála membrány endoplazmatického retikula a Cl - kanála endotelovej bunky čreva, vyplňte tabuľku. 4.3.

Tabuľka 4.3. Spôsoby regulácie fungovania kanálov

Riešiť problémy

1. Sťahom srdcového svalu sa aktivuje Ca 2 +, ktorého obsah v cytosóle bunky sa zvyšuje v dôsledku fungovania cAMP-dependentných nosičov cytoplazmatickej membrány. Koncentráciu cAMP v bunkách zasa regulujú dve signálne molekuly – adrenalín a acetylcholín. Okrem toho je známe, že adrenalín v interakcii s β2-adrenergnými receptormi zvyšuje koncentráciu cAMP v bunkách myokardu a stimuluje srdcový výdaj a acetylcholín, interagujúci s M2-cholinergnými receptormi, znižuje hladinu cAMP a kontraktilitu myokardu. Vysvetlite, prečo dvaja primárni poslovia používajúci rovnaký systém prenosu signálu vyvolávajú odlišnú bunkovú odpoveď. Pre to:

a) prezentovať schému prenosu signálu pre adrenalín a acetylcholín;

b) označujú rozdiel v signalizačných kaskádach týchto poslov.

2. Acetylcholín, interagujúci s M3-cholinergnými receptormi slinných žliaz, stimuluje uvoľňovanie Ca2+ z ER. Zvýšenie koncentrácie Ca 2+ v cytosóle zabezpečuje exocytózu sekrečných granúl a uvoľňovanie elektrolytov a malého množstva bielkovín do slinného kanálika. Vysvetlite, ako sú regulované Ca2+ kanály ER. Pre to:

a) pomenujte druhého posla poskytujúceho otvorenie ER Ca2+ kanálov;

b) napíšte reakciu na vytvorenie druhého posla;

c) prezentujú schému transmembránovej signálnej transdukcie acetylcholínu, pri aktivácii ktorého regulačný ligand Ca 2+ -môže-

3. Výskumníci inzulínových receptorov identifikovali významnú zmenu v géne pre proteín, ktorý je jedným zo substrátov inzulínového receptora. Ako narušenie štruktúry tohto proteínu ovplyvní fungovanie inzulínového signalizačného systému? Ak chcete odpovedať na otázku:

a) uveďte diagram transmembránovej signalizácie inzulínu;

b) vymenovať bielkoviny a enzýmy, ktoré aktivujú inzulín v cieľových bunkách, uviesť ich funkciu.

4. Proteín Ras je "ukotvený" proteín v cytoplazmatickej membráne. Funkciu "kotvy" vykonáva 15-uhlíkový zvyšok farnezyl H3C-(CH3)C \u003d CH-CH2 - [CH2 - (CH 3) C \u003d CH-CH2] 2 -, ktorý je pripojený k proteínu enzýmom farnezyltransferáza počas posttranslačnej modifikácie. V súčasnosti sa inhibítory tohto enzýmu podrobujú klinickým skúškam.

Prečo používanie týchto liekov zhoršuje prenos signálu rastového faktora? Pre odpoveď:

a) prezentovať schému signálnej transdukcie zahŕňajúcej Ras proteíny;

b) vysvetliť funkciu proteínov Ras a dôsledky zlyhania ich acylácie;

c) hádajte, na aké choroby boli tieto lieky vyvinuté.

5. Steroidný hormón kalcitriol aktivuje absorpciu vápnika z potravy zvýšením množstva Ca2+ nosných proteínov v črevných bunkách. Vysvetlite mechanizmus účinku kalcitriolu. Pre to:

a) uveďte všeobecnú schému prenosu signálu steroidných hormónov a opíšte jeho fungovanie;

b) pomenovať proces, ktorý aktivuje hormón v jadre cieľovej bunky;

c) uveďte, na akej biosyntéze matrice sa budú podieľať molekuly syntetizované v jadre a kde k nej dochádza.