Многие внутриклеточные сигнальные молекулы работают как молекулярные «переключатели» . Они могут активизировать неактивные белки или деактивировать активные. Изменение активности белков происходит путем фосфорилирования или дефосфорилирования. Фосфорилирование и дефосфорилирование – это обратимое образование и гидролиз фосфатных эфирных связей. Два типа ферментов, участвующих в этих процессах – это киназы (фосфорилирующие ферменты) и фосфатазы (дефорсфорилирующие ферменты) играют важную роль в сигнальных процессах.
В качестве примера рассмотрим, как ц. АМФ влияет на образование гликогена, который является формой хранения глюкозы в животных клетках (аденилатциклазная система сигнализации). В момент опасности или стресса из надпочечников в кровь выбрасывается большое количество адреналина. Двигаясь по кровеносной системе, этот гормон достигает мышечных клеток, имеющих рецепторы адреналина.
В данном случае аденилатциклазная система рассматривается на примере действия адреналина на клетки печени. Адреналин вызывает в организме эффект, называемый «fight or flight» (бой или бегство) — усиливается тонус мышц, увеличивается частота сердечных сокращений. Для мобилизации организма требуется повышение концентрации глюкозы в крови. Связывание адреналина с рецепторами на поверхности клеток печени запускает распад гликогена, запасенного в клетках печени и высвобождение глюкозы.
Связывание адреналина приводит к изменению пространственной структуры рецептора, что, в свою очередь, активирует фермент аденилатциклазу, расположенную на внутренней поверхности клеточной мембраны. Аденилатциклаза начинает превращать АТФ в ц. АМФ, и его внутриклеточная концентрация быстро возрастает. При достижении определенного уровня ц. АМФ активирует фермент протеинкиназу.
Протеинкиназа, активированная ц. АМФ, фосфорилирует также еще один фермент – киназу фосфорилазы. Киназа, в свою очередь, фосфорилирует гликогенфосфорилазу, которая в результате начинает отщеплять от гликогена молекулы глюкозы. Появившаяся же в мышцах глюкоза играет роль топлива, на котором они успешно работают
Инозитолтрифосфатный путь сигнализации. Рассмотрим, что происходит с другим чрезвычайно распространенным вторичным мессенджером – кальцием, (его ионами). Впервые их ключевая роль в ряде биологических реакций была показана еще в 1883 г.
На концентрацию внутриклеточного кальция оказывают влияние не только нервные импульсы, но и другие сигналы. Например, это может быть ц. АМФ. В ответ на появление адреналина в крови и соответствующее повышение концентрации ц. АМФ в клетках сердечной мышцы в них высвобождаются ионы кальция, что приводит к учащению сердцебиения.
Под воздействием определенных внеклеточных сигналов и под контролем G-белков образуются две молекулы – диацилглицерол и инозитолтрифосфат. Последний участвует в высвобождении внутриклеточного кальция. Как же такое простое вещество, как ион кальция, может регулировать активность белков? Выяснилось, что он связывается внутри клетки со специальным белком кальмодулином
Высвободившиеся в ответ на внешний сигнал ионы кальция связываются с кальмодулином, который после этого взаимодействует с ферментом киназой и активирует ее. Комплекс киназа– кальмодулин связывается с актином, приводя его в рабочее состояние. В результате гладкие мышцы сокращаются
Механизм передачи сигнала, не связанный с мембраносвязанными рецепторами. Внутриклеточные рецепторы находятся в цитозоле, где образуют комплексы с другими белками, или на ядерной мебмране. К ним относится семейство липофильных (жирорастворимых) рецепторов. Лигандами являются: стероиды, глюкокортикоиды, минералокортикоиды и половые стероиды, витамин D.
Строение цитоплазматического рецептора. Цитозольные рецепторы находятся в составе крупных белковых комплексов – шаперонов (вспомагательные белки). Эти рецепторы тоже обладают тремя функциональными доменами: С-концевой домен связывает гормон; центральный домен связывается с короткой специфической областью ДНК ( DNA binding), N-концевой домен связывается с факторами транскрипции.
Механизм передачи сигнала: а) связанные с поверхностными рецепторами клетки; б) не связанные с поверхностными рецепторами клетки.
Способы доставки сигнальных молекул к клеткам 1. Эндокринный механизм – наиболее изученный способ межклеточной сигнализации (гормон синтезируется в эндокринных железах и переносится с током крови к клеткам – мишеням).
2. Паракринный механизм – клетки секретируют сигнальные молекулы, которые активируют ближайшие соседние клетки той же ткани. Сигнальные молекулы не поступают в кровоток. Это основной способ передачи сигнала в процессе заживления ран, восстановления тканей, развития эмбриона.
3. Аутокринный механизм – клетка отвечает на собственный сигнал: она производит сигнальную молекулу и несет на своей поверхности рецепторы, необходимые для ответа на данный лиганд.
4. Юкстакринная сигнальная система участвует в процессе прикрепления клеток (клетки крови друг к другу, или к клеткам сосудистой системы при воспалении). Сигнал может передаваться от одной клетки к другой через адгезионные контакты.
Примеры нарушения сигнального пути. Примером может быть заболевание холерой. Токсин холерного вибриона оказывает воздействие на уровень ГТФ и влияет на активность G-белков. В результате уровень ц. АМФ в клетках кишечника больных холерой оказывается постоянно высоким, что вызывает переход больших количеств ионов натрия и воды из клеток в просвет кишечника. Следствие этого – изнуряющие поносы и потеря воды организмом.
В норме под воздействием фермента фосфодиэстеразы ц. АМФ в клетке быстро инактивируется, превращаясь в нециклический аденозинмонофосфат АМФ. Течение другого заболевания – коклюша, вызываемого бактериями Bordetella pertussis, сопровождается образованием токсина, который тормозит превращение ц. АМФ в АМФ. Отсюда возникают и неприятные симптомы болезни – покраснение горла и доходящий до рвоты кашель.
Скачать презентацию Многие внутриклеточные сигнальные молекулы работают как молекулярные переключатели
сигнализация - копия.pptx