Белки в действии Молекулярные механизмы передачи сигнала 1

Основные этапы передачи сигнала в клетку Механизмы межклеточной сигнализации 2

Вторичные мессенджеры - небольшие молекулы, которые быстро и в больших количествах синтезируются в клетке в ответ на активацию рецептора и служат для усиления молекулярного сигнала 1) Циклический аденозинмонофосфат (ц. АМФ, c. AMP); 2) c. GMP; 3) Диацилглицерол (DAG); 4) Инозитолтрифосфат (IP 3); 3 5) Ионы кальция Ca 2+.

Принципы передачи гормонального сигнала в клетках-мишенях 4

Семейство липофильных рецепторов Лигандами семейства липофильных рецепторов являются: • Стероиды; • Тиреоидный гормон, тироксин; • Ретиноиды (вит. А, D) 5

Рецепторы липофильных гормонов 6

Механизм действия гидрофильных гормонов (Типы мембранных рецепторов) 7

Ионные каналы 8

Общие особенности ионных каналов 9

Ацетилхолиновый рецептор 10

Рецепторы, сопряженные с G-белками - реагируют на: небольшие молекулы (катехоламины, пептиды и хемокины); гликопротеиновые гормоны; тромбин; световые импульсы; летучие пахучие вещества. Различные способы распознавания лигандов рецепторами, сопряженными с G-белками (родопсин) 11

Серпантинные рецепторы 12

Примеры G-белков и их физиологических эффектов 13

Преобразование сигнала G-белками 14

Передача сигнала в клетке Первичный мессенджер (1), молекула адреналина, связывается со специфичным адреналиновым рецептором клеточной мембраны (2). Таким образом передатчик (3), Gбелок, состоящий из , β, -субъединиц, активируется. Это в свою очередь активирует усилитель первичного сиганала (4), аденилатциклазу, которая стимулирует образование вторичного мессенджера с-AMP (5) из ATP (6). В результате каскада ферментативных реакций происходит открытие ионного канала (клеточный ответ).

Активация и дезактивация G-белка 1. G-белок, состоящий из , β, субъединиц, в фазе покоя со связанным GDP. 3. …замещается на GTP. -Субъединица активируется. . 2. G-белок сталкивается с активированным мембранным рецептором, диссоциирует , и в -субъединице GDP замещается на… 4. …и присоединяется к эффектору и активирует его. Эффектор катализирует синтез вторичного мессенджера. Происходит дефосфорилирование GTP и дезактивация -субъединицы G-белка.

Сигнальный механизм G-белка ADP 17

18

19

Роль G-белков в организме 1. G-белки наших органов чувств переводят информацию окружающей среды в язык, который G-белки головного мозга могут понимать. 2. активируются стимулами. 3. G-белки в носу обонятельными G-белки языка регистрируют вкус пищи.

4. G-белки отвечают гормонам. В состоянии гнева или страха наши надпочечники выбрасывают адреналин в кровь. Когда адреналин достигает печени, образуется глюкоза, давая нам энергию для боя или бегства.

G-белки и холера Бактерия Vibrio cholerae может быть убита антибиотиками. Но само заболевание вызывается бактериальным токсином, который необратимо активирует G-белки эпителиальных клеток кишечника. Это приводит к обезвоживанию организма и потере жизненно важных солей.

Механизмы передачи сигнала: фермент-связывающие и фермент-содержащие рецепторы • рецепторы, содержащие тирозинкиназный домен – рецепторные тирозинкиназы [ТПК-рецепторы, RPТKs] (рецепторы факторов роста) • рецепторы, активирующиеся цитоплазматическими тирозинкиназами (рецепторы цитокинов) Информационные сигналы, возникающие при активации этих рецепторов, участвуют в механизмах пролиферации или дифференцировки клеток. 23

ТПК-рецепторы (Рецепторные протеин-тирозинкиназы, RPTKs) -Содержат цитоплазматический киназный домен (250 -400 ако). -Пронизывают мембрану один раз. - Имеют крупный наружный домен. 24

25

Лиганды RPTKаз (семейства сигнальных цитокинов) 26

Механизм действия рецепторных тирозинкиназ 1. Активируется киназный домен рецептора. 2. В результате фосфорилирования тирозиновых остатков в цитоплазматическом отделе рецептора формируются участки связывания для других субстратов. 3. Рецептор может фосфорилировать связывающиеся с ним белки. 4. Активированный рецептор инициирует дальнейшую передачу или выключение сигнала. 27

Некоторые субстраты и мишени тирозинкиназных рецепторов 29

Сигнальный механизм Ras-белка 30

Цитокины - группа гормоноподобных белков и пептидов, синтезируются клетками иммунной системы и др. 31

Рецепторы цитокинов STP – signal transducer proteins STAT – signal transducers and activators of transcription Янус-киназы = Janus kinases (JAKs) 32

Пролиферация клеток и апоптоз 33

Апоптоз и некроз 34

C. Elegans – Нобелевская премия 2002 года 35

36

Регуляция апоптоза 37

39

Каспазы 40

Общая схема “классического” апоптоза млекопитающих 41

ПРИОНЫ 45

Прионы: очевидное – невероятное… Нобелевская премия по физиологии и медицине, 1997 Stanley B. Prusiner (р. 1942) University of California School of Medicine San Francisco, CA, USA

Овцы, коровы и каннибалы – братья по несчастью… • «Медленные инфекции» постепенно изменяют структуру мозга, превращая его в губку… Летальный исход неизбежен. • В обычаи племени Fore (Новая Гвинея) входило съедать сырой мозг умерших родителей. Никто и не догадывался, что таким образом распространяется смертельная болезнь – «куру» …

Необычные вирусы? ! • С 1972 г. Стэнли Прузинер исследует трансмиссивные губкообразные энцефалопатии. • 1982 г. – выделен прионный белок: prion = proteinaceous infectious particle • Прионные белки есть в любом здоровом организме человека и животных!

Прионы • В здоровом организме белок – в нормальной форме Pr. PC (Prion Protein Cell). • Аномальная, инфекционная форма прионного белка – Pr. PSc (Prion Protein Scrapie). • Нормальные молекулы белка, вступая в контакт с инфекционной формой прионов, сами превращаются в смертельно опасные частицы. Этот процесс подобен лавине…

Прионы • Две формы различаются лишь пространственной конфигурацией! • Нормальный белок содержит 42% α-спиралей и почти не содержит β-тяжей. А в инфекционной форме - 30% α-спиралей и 43% β-тяжей. • Прионный белок невероятно устойчив…

Отличие Pr. Psc от Pr. Pc • Повышенная гидрофобность; • Склонностью к агрегации; • Высокая устойчивость к протеазам.

Структурное отличие Pr. Psc от Pr. Pc

Необратимые изменения • Pr. PC играет важную роль в передаче нервных импульсов, регулирует суточные ритмы активностипокоя… • Болезнетворный Pr. PSc накапливается в синаптических структурах, образуя нерастворимые полимерные тяжи. В результате - тяжёлые неврологические дефекты и слабоумие. • Иммунная система не распознаёт прионы как чужеродные агенты…

Действие аномального приона