לפי המנגנון הזה, שנקרא מנגנון סידן פוספוליפיד, לפעול וזופרסין(דרך קולטני V 1), אַדְרֶנָלִין(דרך קולטנים אדרנרגיים α 1), אנגיוטנסין II.

עקרון הפעולה של מנגנון זה עולה בקנה אחד עם הקודם, אך במקום אדנילט ציקלאז, אנזים המטרה של תת-היחידה α הוא פוספוליפאז C(FL C). פוספוליפאז C מבקע פוספוליפיד קרומי פוספטידילינוזיטול דיפוספט(FIF 2) לשליחים משניים אינוזיטול טריפוספט(אם 3) ו דיאצילגליצרול(DAG).

תכנית כללית של מנגנון הפעולה של סידן-פוספוליפיד של הורמונים

שלבים של העברת אותות

שלבי העברת האות הם כדלקמן:

1. אינטראקציה הוֹרמוֹןעם קוֹלֵטמוביל לשינוי בקונפורמציה של האחרון.
2. שינוי זה נשלח אל חלבון G(GTP, תלוי ב-GTP) המורכב משלוש יחידות משנה (αP, β ו-γ), תת-יחידת ה-α משויכת ל-GDP.
3. כתוצאה מאינטראקציה עם הקולטן β- ו γ- יחידות משנה התפצל, בו זמנית מופעל αP -יחידת משנה של התמ"ג מוחלפת ב GTP.
4. כך מופעלת תת-יחידה α P מגרה פוספוליפאז C, שמתחיל את הפיצול של FIF 2 לשני שליחים - אם 3ו DAG.
5. אינוזיטול טריפוספטפותח תעלות סידן ברטיקולום האנדופלזמי, מה שגורם לעלייה בריכוז יוני Ca 2+. דיאצילגליצרוליחד עם יוני Ca 2+, הוא מפעיל חלבון קינאז C. בנוסף, לדיאקילגליצרול יש פונקציית אות נוספת: הוא יכול להתפרק לתוך 1-מונואצילגליצרולו חומצת שומן פוליאנואית(בדרך כלל ארכידוני), שממנו נוצרים איקוסנואידים.
6. חלבון קינאז Cמזרחן מספר אנזימים ובדרך כלל משתתף בתהליכי התפשטות התאים. הצטברות יוני Ca 2+בציטופלזמה גורמת להפעלה של חלבונים מסוימים קושרי סידן (לדוגמה, קלמודולין,נספח,טרופונין C).
7. הידרוליזה של FIF 2 נמשכת במשך זמן מה עד תת-היחידה α P, כלומר GTP-ase, מבקע פוספט מ-GTP.
8. לאחר המרת GTP ל-GDP, תת-היחידה α P מוּבטָל, מאבד את השפעתו על פוספוליפאז C, מתחבר מחדש לתתי יחידות β ו- γ.
   הכל חוזר למקומו המקורי.
9. הוֹרמוֹןמתנתק מהקולטן אפילו מוקדם יותר:

• אם ריכוז הורמוניםבדם גדול, ואז המולקולה הבאה שלו תצטרף לקולטן לאחר פרק זמן קצר והמנגנון יתחיל מחדש במהירות - התהליכים המתאימים מופעלים בתא.
• אם הוֹרמוֹןבדם מְעַטִים- יש הפסקה לתא, אין שינוי בחילוף החומרים.

תיאור קצר:

חומר חינוכי בביוכימיה וביולוגיה מולקולרית: המבנה והתפקודים של ממברנות ביולוגיות.

מודול 4: מבנה ותפקודים של ממברנות ביולוגיות

_נושאים _

4.1. מאפיינים כללייםממברנות. מבנה והרכב של ממברנות

4.2. הובלה של חומרים על פני ממברנות

4.3. איתות טרנסממברני _

מטרות למידה כדי להיות מסוגל:

1. לפרש את תפקיד הממברנות בוויסות חילוף החומרים, הובלת חומרים לתא ופינוי מטבוליטים.

2. הסבר את מנגנוני הפעולה המולקולריים של הורמונים ומולקולות איתות אחרות על איברי המטרה.

לָדַעַת:

1. מבנה הקרומים הביולוגיים ותפקידם במטבוליזם ובאנרגיה.

2. הדרכים העיקריות להעברת חומרים דרך ממברנות.

3. מרכיבים עיקריים ושלבים של איתות טרנסממברני של הורמונים, מתווכים, ציטוקינים, איקוסנואידים.

נושא 4.1. מאפיינים כלליים של ממברנות.

מבנה והרכב של ממברנות

כל התאים והאברונים התוך-תאיים מוקפים בממברנות שמשחקות תפקיד חשובבארגון המבני ובתפקודם. העקרונות הבסיסיים של בניית כל הממברנות זהים. עם זאת, לממברנת הפלזמה, כמו גם לממברנות של הרשת האנדופלזמית, מנגנון הגולגי, המיטוכונדריה והגרעין, יש מאפיינים מבניים משמעותיים, הם ייחודיים בהרכבם ובאופי תפקידם.

קְרוּם:

הפרידו תאים מהסביבה וחלקו אותה לתאים (תאים);

לווסת את הובלת חומרים לתוך תאים ואברונים ולהיפך;

לספק ספציפיות של אנשי קשר בין-תאיים;

קבלת אותות מ סביבה חיצונית.

התפקוד המתואם של מערכות הממברנות, לרבות קולטנים, אנזימים, מערכות תחבורה, עוזר לשמור על הומאוסטזיס של התא ולהגיב במהירות לשינויים במצב הסביבה החיצונית על ידי ויסות חילוף החומרים בתוך התאים.

ממברנות ביולוגיות מורכבות משומנים וחלבונים המקושרים יחדיו על ידי לא קוולנטיאינטראקציות. בסיס הממברנה הוא שכבת שומנים כפולההכולל מולקולות חלבון (איור 4.1). דו-שכבת השומנים נוצרת על ידי שתי שורות אמפיפיליתמולקולות שה"זנבות" ההידרופוביים שלהן מוסתרים בפנים, והקבוצות ההידרופיליות - "ראשים" קוטביים מופנים כלפי חוץ ונמצאות במגע עם המדיום המימי.

1. שומני ממברנה.שומני ממברנה מכילים גם חומצות שומן רוויות וגם חומצות שומן בלתי רוויות. חומצות שומן בלתי רוויות נפוצות פי שניים מחומצות שומן רוויות, מה שקובע נְזִילוּתממברנות ואליטיות קונפורמטיבית של חלבוני ממברנה.

ישנם שלושה סוגים עיקריים של שומנים בממברנות - פוספוליפידים, גליקוליפידים וכולסטרול (איור 4.2 - 4.4). לרוב נמצא גליצרופוספוליפידים הם נגזרות של חומצה פוספטית.

אורז. 4.1. חתך רוחב של קרום הפלזמה

אורז. 4.2. גליצרופוספוליפידים.

חומצה פוספטית היא דיאצילגליצרול פוספט. R 1, R 2 - רדיקלי חומצות שומן ("זנבות") הידרופוביים. שארית חומצת שומן רב בלתי רוויה מקושרת לאטום הפחמן השני של גליצרול. ה"ראש" הקוטבי הוא שארית חומצה זרחתית וקבוצה הידרופלית של סרין, כולין, אתנולמין או אינוזיטול המחוברת אליו.

יש גם ליפידים - נגזרות האמינו אלכוהול ספינגוזין.

האמינו אלכוהול ספינגוזין עם אצילציה, כלומר. הצמדת חומצת שומן לקבוצת NH 2, הופכת לסרמיד. סרמידים נבדלים על ידי שאריות חומצות השומן שלהם. קבוצות קוטביות שונות יכולות להיות קשורות לקבוצת OH של סרמיד. בהתאם למבנה ה"ראש" הקוטבי, נגזרות אלו מחולקות לשתי קבוצות - פוספוליפידים וגליקוליפידים. המבנה של הקבוצה הקוטבית של ספינגו-פוספוליפידים (ספינגומיילינים) דומה לגליצרו-פוספוליפידים. ספינגומיאלינים רבים נמצאים במעטפת המיאלין של סיבי עצב. גליקוליפידים הם נגזרות פחמימות של סרמיד. בהתאם למבנה של מרכיב הפחמימות, מובחנים בין המוחין והגנגליוסידים.

כולסטרולנמצא בקרומים של כל תאי בעלי החיים, הוא מקשיח את הממברנות ומצמצם אותם נְזִילוּת(נְזִילוּת). מולקולת הכולסטרול ממוקמת באזור ההידרופובי של הממברנה במקביל ל"זנבות" הידרופוביים של מולקולות פוספו וגליקוליפידים. קבוצת ההידרוקסיל של הכולסטרול, כמו גם ה"ראשים" ההידרופיליים של פוספו וגליקוליפידים,

אורז. 4.3. נגזרות של אלכוהול אמינו ספינגוזין.

סרמיד - ספינגוזין אצילי (R 1 - רדיקל חומצת שומן). פוספוליפידים כוללים ספינגומיליינים, שבהם הקבוצה הקוטבית מורכבת משארית חומצה זרחתית וכולין, אתנולמין או סרין. הקבוצה ההידרופלית ("ראש" קוטבי של גליקוליפידים היא שארית פחמימה. Cerebrosides מכילים שאריות מונו-אוליגוסכריד ליניאריות. הרכב הגנגליוזידים כולל אוליגוסכריד מסועף, שאחת מהיחידות המונומריות שלו היא NANK - N-acetylneuraminic acid

מול שלב המים. היחס המולארי של כולסטרול ושומנים אחרים בקרומים הוא 0.3-0.9. לערך זה יש את הערך הגבוה ביותר עבור הממברנה הציטופלזמית.

עלייה בתכולת הכולסטרול בממברנות מפחיתה את הניידות של שרשראות חומצות שומן, מה שמשפיע על רגישות הקונפורמציה של חלבוני הממברנה ומפחית את האפשרות של דיפוזיה לרוחב.עם עלייה בנזילות הממברנה הנגרמת כתוצאה מפעולה של חומרים ליפופיליים עליהם או מחמצן שומנים, שיעור הכולסטרול בממברנות עולה.

אורז. 4.4. מיקום בממברנה של פוספוליפידים וכולסטרול.

מולקולת הכולסטרול מורכבת מליבה הידרופובית קשיחה ושרשרת פחמימנים גמישה. ה"ראש" הקוטבי הוא קבוצת OH באטום הפחמן השלישי של מולקולת הכולסטרול. לשם השוואה, האיור מציג ייצוג סכמטי של הפוספוליפיד הממברנה. הראש הקוטבי של מולקולות אלו גדול בהרבה ויש לו מטען

הרכב השומנים של הממברנות שונה, התוכן של שומנים זה או אחר, ככל הנראה, נקבע על ידי מגוון הפונקציות שמולקולות אלו ממלאות בממברנות.

התפקידים העיקריים של שומני הממברנה הם שהם:

הם יוצרים דו-שכבה שומנית - הבסיס המבני של ממברנות;

לספק את הסביבה הדרושה לתפקוד חלבוני הממברנה;

להשתתף בוויסות פעילות האנזים;

לשמש כ"עוגן" לחלבוני פני השטח;

להשתתף בהעברת אותות הורמונליים.

שינויים במבנה של דו-שכבת השומנים עלולים להוביל להפרעה בתפקוד הממברנה.

2. חלבוני ממברנה.חלבוני ממברנה נבדלים במיקומם בממברנה (איור 4.5). חלבוני ממברנה במגע עם האזור ההידרופובי של שכבת הליפידים חייבים להיות אמפיפיליים, כלומר. יש תחום לא קוטבי. אמפיפיליות מושגת בשל העובדה ש:

שאריות חומצות אמינו במגע עם דו-שכבת השומנים הן לרוב לא קוטביות;

חלבוני ממברנה רבים קשורים באופן קוולנטי לשאריות חומצות שומן (אציל).

שאריות האציל של חומצות שומן המחוברות לחלבון מספקות את ה"עיגון" שלו בממברנה ואפשרות של דיפוזיה צידית. בנוסף, חלבוני הממברנה עוברים שינויים לאחר תרגום כגון גליקוזילציה וזרחון. גליקוזילציה של המשטח החיצוני של חלבונים אינטגרליים מגינה עליהם מפני נזק על ידי פרוטאזות של החלל הבין-תאי.

אורז. 4.5. חלבוני ממברנה:

1, 2 - חלבונים אינטגרליים (טרנסממברניים); 3, 4, 5, 6 - חלבונים על פני השטח. בחלבונים אינטגרליים, חלק משרשרת הפוליפפטיד מוטבע בשכבת השומנים. אותם חלקים של החלבון המקיימים אינטראקציה עם שרשראות פחמימנים של חומצות שומן מכילים בעיקר חומצות אמינו לא קוטביות. אזורי החלבון הממוקמים באזור ה"ראשים" הקוטביים מועשרים בשאריות חומצות אמינו הידרופיליות. חלבוני פני השטח דרכים שונותמחובר לממברנה: 3 - קשור לחלבונים אינטגרליים; 4 - מחובר ל"ראשים" הקוטביים של שכבת השומנים; 5 - "מעוגן" בממברנה עם תחום מסוף הידרופובי קצר; 6 - "מעוגן" בממברנה באמצעות שארית אציל קשורה קוולנטית

השכבות החיצוניות והפנימיות של אותו הממברנה נבדלות בהרכב השומנים והחלבונים. תכונה זו במבנה של ממברנות נקראת אסימטריה טרנסממברנית.

חלבוני ממברנה עשויים להיות מעורבים ב:

הובלה סלקטיבית של חומרים אל תוך התא וממנו;

העברת אותות הורמונליים;

היווצרות "בורות גבול" המעורבים באנדוציטוזיס ואקסוציטוזיס;

תגובות אימונולוגיות;

כאנזימים בטרנספורמציות של חומרים;

ארגון מגעים בין-תאיים המספקים היווצרות של רקמות ואיברים.

נושא 4.2. הובלה של חומרים דרך ממברנות

אחד התפקידים העיקריים של ממברנות הוא ויסות העברת חומרים לתא ומחוצה לו, שמירה של חומרים שהתא זקוק להם ופינוי מיותרים. הובלת יונים, מולקולות אורגניות דרך ממברנות יכולה להתרחש לאורך שיפוע ריכוז - הובלה פסיביתוכנגד שיפוע הריכוז - מעבר פעיל.

1. הובלה פסיביתניתן לבצע בדרכים הבאות (איור 4.6, 4.7):

אורז. 4.6. מנגנונים של העברת חומרים על פני ממברנות לאורך שיפוע הריכוז

הובלה פסיבית היא דיפוזיה של יונים דרך תעלות חלבון,לדוגמה, דיפוזיה של H+, Ca 2+, N+, K+. התפקוד של רוב הערוצים מווסת על ידי ליגנדים ספציפיים או שינויים בפוטנציאל הטרנסממברני.

אורז. 4.7. ערוץ Ca2+ של ממברנת הרשת האנדופלזמית המווסתת על ידי אינוזיטול-1,4,5-טריפוספט (IF 3).

IP 3 (inositol-1,4,5-triphosphate) נוצר במהלך ההידרוליזה של שומני הממברנה PIF 2 (phosphatidylinositol-4,5-bisphosphate) תחת פעולת האנזים פוספוליפאז C. IP 3 נקשר למרכזים ספציפיים של Ca 2 + פרוטומרים של תעלת ממברנת הרשת האנדופלזמית. הקונפורמציה של החלבון משתנה והתעלה נפתחת - Ca 2 + נכנס לציטוזול של התא לאורך שיפוע הריכוז

2. הובלה אקטיבית. הפעיל העיקריתחבורה מתרחשת כנגד שיפוע הריכוז עם הוצאת אנרגיית ATP בהשתתפות ATPases של תחבורה, למשל Na +, K + -ATPase, H + -ATPase, Ca 2 + -ATPase (איור 4.8). H + -ATPases מתפקדים כמשאבות פרוטונים, היוצרות סביבה חומצית בליזוזומים של התא. בעזרת Ca 2+ -ATPase של הממברנה הציטופלזמית וממברנת הרטיקולום האנדופלזמי, נשמר ריכוז נמוך של סידן בציטוזול של התא ונוצר מחסן תוך תאי של Ca 2+ במיטוכונדריה ובאנדופלזמה. רשתית.

פעיל משניהובלה מתרחשת עקב שיפוע הריכוז של אחד החומרים המועברים (איור 4.9), אשר נוצר לרוב על ידי Na +, K + -ATPase, אשר מתפקד עם צריכת ATP.

התקשרות למרכז הפעיל של חלבון הנשא של חומר שריכוזו גבוה משנה את הקונפורמציה שלו ומגבירה את הזיקה לתרכובת העוברת לתא כנגד שיפוע הריכוז. ישנם שני סוגים של תחבורה פעילה משנית: סמל פעילו נגד נמל.

אורז. 4.8. מנגנון התפקוד של Ca 2 + -ATPase

אורז. 4.9. תחבורה פעילה משנית

3. העברת מקרומולקולות וחלקיקים בהשתתפות ממברנות - אנדוציטוזה ואקסוציטוזיס.

ההעברה מהסביבה החוץ-תאית לתוך התא של מקרומולקולות, כגון חלבונים, חומצות גרעין, פוליסכרידים או חלקיקים גדולים אף יותר, מתרחשת על ידי אנדוציטוזיס.הקישור של חומרים או קומפלקסים מולקולריים גבוהים מתרחשת באזורים מסוימים של קרום הפלזמה, הנקראים בורות מרופדים.אנדוציטוזיס, המתרחשת בהשתתפות קולטנים המובנים בבורות הגבולים, מאפשרת לתאים לספוג חומרים ספציפיים ונקראת אנדוציטוזיס תלוי קולטן.

מקרומולקולות, כגון הורמוני פפטידים, אנזימי עיכול, חלבוני מטריקס חוץ-תאיים, קומפלקסים ליפופרוטאינים, מופרשות לדם או לחלל הבין-תאי על ידי אקסוציטוזיס.אופן תחבורה זה מאפשר להוציא מהתא חומרים המצטברים בגרגירי הפרשה. ברוב המקרים, האקסוציטוזיס מווסת על ידי שינוי ריכוז יוני הסידן בציטופלזמה של התאים.

נושא 4.3. איתות TRANMEMBRANE

תכונה חשובה של ממברנות היא היכולת לתפוס ולשדר אותות מהסביבה שבתוך התא. תפיסה על ידי תאים של אותות חיצוניים מתרחשת כאשר הם מקיימים אינטראקציה עם קולטנים הממוקמים בממברנה של תאי המטרה. קולטנים, באמצעות הצמדת מולקולת אות, מפעילים מסלולי העברת מידע תוך תאי, מה שמוביל לשינוי בקצב של תהליכים מטבוליים שונים.

1. מולקולת אותות,שמקיים אינטראקציה ספציפית עם קולטן ממברנה שליח ראשי.תרכובות כימיות שונות פועלות כשליחים ראשוניים - הורמונים, נוירוטרנסמיטורים, איקוסנואידים, גורמי גדילה או גורמים פיזיקליים, כמו קוונטי של אור. קולטני קרום התא המופעלים על ידי שליחים ראשוניים מעבירים את המידע המתקבל למערכת של חלבונים ואנזימים שנוצרים מפל העברת אותות,מתן הגברת אות פי כמה מאות. זמן התגובה של התא, המורכב מהפעלה או השבתה של תהליכים מטבוליים, התכווצות שרירים, הובלה של חומרים מתאי מטרה, יכול להיות מספר דקות.

קְרוּם קולטניםמחולק ל:

קולטנים המכילים תת-יחידה הקושרת את השליח הראשוני ותעלת יונים;

קולטנים המסוגלים להפגין פעילות קטליטית;

קולטנים שבעזרת חלבוני G מפעילים יצירת שליחים משניים (תוך תאיים) המעבירים אות לחלבונים ואנזימים ספציפיים של הציטוזול (איור 4.10).

לשליחים שניים יש משקל מולקולרי קטן, מתפזרים בקצב גבוה בציטוזול של התא, משנים את פעילות החלבונים המתאימים, ואז מתפצלים במהירות או מוסרים מהציטוזול.

אורז. 4.10. רצפטורים הממוקמים בממברנה.

ניתן לחלק את קולטני הממברנה לשלוש קבוצות. רצפטורים: 1 - המכילים תת-יחידה הקושרת את מולקולת האות ותעלת היונים, למשל, הקולטן לאצטילכולין על גבי הממברנה הפוסט-סינפטית; 2 - הצגת פעילות קטליטית לאחר הוספת מולקולת אות, למשל, קולטן האינסולין; 3, 4 - העברת אות לאנזים adenylate cyclase (AC) או phospholipase C (PLS) בהשתתפות חלבוני G ממברנה, למשל, סוגים שונים של קולטנים לאדרנלין, אצטילכולין ומולקולות איתות אחרות

תַפְקִיד שליחים משנייםלבצע מולקולות ויונים:

CAMP (אדנוזין-3",5"-מונופוספט מחזורי);

CGMP (גואנוזין-3",5"-מונופוספט מחזורי);

IP 3 (אינוזיטול-1,4,5-טריפוספט);

DAG (דיאצילגליצרול);

ישנם הורמונים (סטרואידים ובלוטת התריס), אשר עוברים דרך דו-שכבת השומנים, להיכנס לתאולתקשר עם קולטנים תוך תאיים.הבדל חשוב מבחינה פיזיולוגית בין קולטנים ממברנה לתאיים הוא קצב התגובה לאות נכנס. במקרה הראשון, ההשפעה תהיה מהירה וקצרת מועד, במקרה השני - איטית, אך לאורך זמן.

קולטנים מחוברים לחלבון G

האינטראקציה של הורמונים עם קולטנים מצמידים לחלבון G מובילה להפעלה של מערכת הולכת אותות אינוזיטול פוספט או לשינויים בפעילות של מערכת הוויסות של האדנילאט ציקלאז.

2. מערכת אדנילט ציקלאזכולל (איור 4.11):

- בלתי נפרדחלבוני ממברנה ציטופלזמית:

R s - קולטן של השליח הראשוני - מפעיל של מערכת ה-adenylate cyclase (ACS);

ר; - קולטן של השליח הראשוני - מעכב ACS;

האנזים adenylate cyclase (AC).

- "מעוגן"חלבונים:

G s - חלבון קושר GTP, המורכב מתת-יחידות α,βγ, שבהן (α,-תת-יחידה קשורה למולקולת GDP;

אורז. 4.11. תפקוד מערכת האדנילט ציקלאז

ז; - חלבון קושר GTP, המורכב מתת-יחידות αβγ, שבהן a; תת-יחידה קשורה למולקולת ה-GDP; - ציטוסוליתאנזים חלבון קינאז A (PKA).

רצף של אירועים של העברת אותות שליח ראשוני על ידי מערכת האדנילט ציקלאז

לקולטן יש אתרי קישור לשליח הראשוני על פני השטח החיצוניים של הממברנה וחלבון G (α,βγ-GDP) על פני השטח הפנימיים של הממברנה. האינטראקציה של מפעיל של מערכת ה-adenylate cyclase, כגון הורמון עם קולטן (R s), מובילה לשינוי בקונפורמציה של הקולטן. הזיקה של הקולטן לחלבון G.. עולה. התקשרות קומפלקס הקולטן להורמונים ל-GS-GDP מפחיתה את הזיקה של תת-יחידת ה-α,-של חלבון G..-ל-GDP ומגבירה את הזיקה ל-GTP. באתר הפעיל של תת-יחידת α,-GDP מוחלף ב-GTP. זה גורם לשינוי בקונפורמציה של תת-היחידה α, ולירידה בזיקה שלה לתת-יחידות ה-βγ. תת-היחידה המנותקת α,-GTP נעה לרוחב בשכבת הליפיד של הממברנה אל האנזים אדנילט ציקלאז.

האינטראקציה של α,-GTP עם המרכז הרגולטורי של אדנילט ציקלאז משנה את מבנה האנזים, מביאה להפעלתו ולעלייה בקצב היווצרותו של השליח השני - אדנוזין-3,5'-מונופוספט מחזורי (cAMP) מ-ATP. ריכוז cAMP עולה בתא. מולקולות cAMP יכולות להיקשר באופן הפיך לתת-היחידות הרגולטוריות של חלבון קינאז A (PKA), המורכב משתי תת-יחידות מווסתות (R) ושתי תת-יחידות קטליטיות (C) - (R 2 C 2). קומפלקס R 2 C 2 אינו בעל פעילות אנזימטית. הצמדת cAMP לתת-היחידות הרגולטוריות גורמת לשינוי בקונפורמציה שלהן ואובדן השלמה לתת-יחידות ה-C. תת-יחידות קטליטיות רוכשות פעילות אנזימטית.

חלבון קינאז A פעיל, בעזרת ATP, מזרחן חלבונים ספציפיים בשאריות סרין ותראונין. זרחון של חלבונים ואנזימים מגביר או מפחית את פעילותם, ולכן קצב התהליכים המטבוליים שבהם הם משתתפים משתנה.

הפעלת מולקולת האיתות של הקולטן R מגרה את תפקוד החלבון Gj, המתקדם לפי אותם כללים כמו חלבון G... אך כאשר תת-יחידת המשנה α i-GTP מקיימת אינטראקציה עם אדנילט ציקלאז, פעילות האנזים פוחתת.

אי הפעלה של אדנילט ציקלאז וחלבון קינאז A

תת-היחידה α, במתחם עם GTP, כאשר היא מקיימת אינטראקציה עם אדנילט ציקלאז, מתחילה להפגין פעילות אנזימטית (GTP-phosphatase), היא מייצרת את GTP. מולקולת ה-GDP המתקבלת נשארת במרכז הפעיל של תת-היחידה, משנה את הקונפורמציה שלה ומפחיתה את הזיקה שלה ל-AC. הקומפלקס של AC ו- α,-GDP מתנתק, α,-GDP כלול בחלבון G..-. הפרדת α,-GDP מ-adenylate cyclase משביתה את האנזים ומפסיקה את סינתזת cAMP.

פוספודיאסטראז- אנזים "מעוגן" של הממברנה הציטופלזמית מבצע הידרוליזה של מולקולות cAMP שנוצרו קודם לכן ל-AMP. ירידה בריכוז ה-cAMP בתא גורמת לפירוק קומפלקס cAMP 4 K " 2 ומגבירה את הזיקה של תת-יחידות R- ו-C, ונוצרת צורה לא פעילה של PKA.

אנזימים וחלבונים מפוספסים phosphoprotein phosphataseעוברים לצורה הדה-פוספורילית, המבנה שלהם, פעילותם וקצב התהליכים בהם משתתפים אנזימים אלו משתנים. כתוצאה מכך, המערכת חוזרת למצבה המקורי ומוכנה להפעלה מחדש כאשר ההורמון יוצר אינטראקציה עם הקולטן. כך מובטחת ההתאמה בין תכולת ההורמונים בדם לבין עוצמת התגובה של תאי המטרה.

3. השתתפות מערכת ה-adenylate cyclase בוויסות ביטוי הגנים.הורמוני חלבון רבים: גלוקגון, וזופרסין, הורמון פארתירואיד וכו', המעבירים את האותות שלהם דרך מערכת ה-adenylate cyclase, יכולים לא רק לגרום לשינוי בקצב התגובות על ידי זרחון של אנזימים שכבר נמצאים בתא, אלא גם להגדיל או להקטין מספרם על ידי ויסות ביטוי גנים (איור 4.12). חלבון קינאז A פעיל יכול לעבור לגרעין ולזרחן גורם שעתוק (CREB). חיבור של זרחן

אורז. 4.12. מסלול אדנילט ציקלאז המוביל לביטוי של גנים ספציפיים

השאריות מגדילות את הזיקה של גורם השעתוק (CREB-(P) לרצף הספציפי של אזור הרגולציה של DNA-CRE (cAMP-response element) וממריץ את הביטוי של גנים חלבוניים מסוימים.

חלבונים מסונתזים יכולים להיות אנזימים, שעלייה בכמותם מגבירה את קצב התגובות של תהליכים מטבוליים, או נשאי קרום המבטיחים כניסה או יציאה מהתא של יונים מסוימים, מים או חומרים אחרים.

אורז. 4.13. מערכת אינוזיטול פוספט

עבודת המערכת מסופקת על ידי חלבונים: קלמודולין, אנזים חלבון קינאז C, Ca 2 + -Calmodulin-תלוי חלבון קינאזות, ערוצי Ca 2 + מווסתים של קרום הרשת האנדופלזמית, Ca 2 + -ATPase של ממברנות התא והמיטוכונדריה.

רצף של אירועים של העברת אותות שליח ראשוני על ידי מערכת אינוזיטול פוספט

קשירה של המפעיל של מערכת אינוזיטול פוספט לקולטן (R) מובילה לשינוי בקונפורמציה שלו. הזיקה של הקולטן לחלבון Gf ls עולה. חיבור של קומפלקס קולטן-שליחים ראשוני ל-Gf-ls-GDP מפחית את הזיקה של תת-היחידה af ls ל-GDP ומגביר את הזיקה ל-GTP. באתר הפעיל, יחידת המשנה af ls של GDP מוחלפת ב-GTP. זה גורם לשינוי בקונפורמציה של תת-היחידה af ls ולירידה בזיקה לתת-יחידות βγ, ומתרחשת ניתוק של החלבון Gf ls. תת-היחידה המנותקת af ls-GTP נעה לרוחב על פני הממברנה אל האנזים פוספוליפאז C.

האינטראקציה של aphls-GTP עם אתר הקישור של פוספוליפאז C משנה את הקונפורמציה והפעילות של האנזים, מגבירה את קצב ההידרוליזה של קרום התא פוספוליפיד - phosphatidylinositol-4,5-bisphosphate (FIF 2) (איור 4.14).

אורז. 4.14. הידרוליזה של פוספטידילינוזיטול-4,5-ביספוספט (FIF 2)

במהלך התגובה נוצרים שני תוצרים - שליחים משניים של האות ההורמונלי (שליחים משניים): דיאצילגליצרול שנשאר בממברנה ומעורב בהפעלת האנזים חלבון קינאז C ואינוזיטול-1,4,5-טריפוספט. (IF 3), שבהיותה תרכובת הידרופלית, נכנסת לציטוזול. לפיכך, האות המתקבל על ידי קולטן התא מתפצל. IP 3 נקשר למרכזים ספציפיים של תעלת Ca 2+ של ממברנת הרשת האנדופלזמית (E), מה שמוביל לשינוי בקונפורמציה של חלבון ולפתיחת תעלת Ca 2+. מכיוון שריכוז הסידן ב-ER גבוה בכ-3-4 סדרי גודל מאשר בציטוזול, לאחר פתיחת תעלת Ca 2+, הוא נכנס לציטוזול לאורך שיפוע הריכוז. בהיעדר IF 3 בציטוזול, הערוץ סגור.

הציטוזול של כל התאים מכיל חלבון קטן בשם קלמודולין, בעל ארבעה אתרי קישור Ca 2+. עם ריכוז עולה

סידן, הוא נצמד באופן פעיל לקלמודולין, ויוצר קומפלקס 4Са 2+ -קלמודולין. קומפלקס זה יוצר אינטראקציה עם קינאזות חלבון תלויות Ca 2+ -calmodulin ואנזימים אחרים ומגביר את פעילותם. חלבון קינאז תלוי Ca 2+-calmodulin פעיל מזרחן חלבונים ואנזימים מסוימים, וכתוצאה מכך משתנה פעילותם וקצב התהליכים המטבוליים בהם הם משתתפים.

הגדלת ריכוז Ca 2+ בציטוזול של התא מגבירה את קצב האינטראקציה של Ca 2+ עם אנזים ציטוזולי לא פעיל חלבון קינאז C (PKC).הקישור של PKC ליוני סידן מגרה את תנועת החלבון לממברנת הפלזמה ומאפשרת לאנזים לקיים אינטראקציה עם ה"ראשים" הטעונים שלילי של מולקולות הממברנה פוספאטידילסרין (PS). דיאצילגליצרול, תופס אתרים ספציפיים בחלבון קינאז C, מגביר עוד יותר את הזיקה שלו ליוני סידן. בצד הפנימי של הממברנה נוצרת צורה פעילה של PKC (PKC? Ca2+? PS? DAG), אשר מזרחנת אנזימים ספציפיים.

ההפעלה של מערכת ה-IF היא קצרת מועד, ולאחר שהתא מגיב לגירוי, פוספוליפאז C, חלבון קינאז C ואנזימים תלויי Ca2+-calmodulin מושבתים. af ls - תת-יחידה במתחם עם GTP ו-phospholipase C מציגה פעילות אנזימטית (GTP-phosphatase), היא מבצעת הידרוליזה של GTP. תת-יחידת ה-af ls הקשורה ל-GDP מאבדת את הזיקה שלה לפוספוליפאז C וחוזרת למצבה המקורי הלא פעיל, כלומר. נכלל בקומפלקס αβγ-GDP Gf ls-protein).

הפרדת af ls-GDF מפוספוליפאז C משביתה את האנזים וההידרוליזה של עצירות FIF 2. עלייה בריכוז Ca 2+ בציטוזול מפעילה את Ca 2+ -ATPase של הרשת האנדופלזמית, הממברנה הציטופלזמית, ה"שואבת" Ca 2+ מהציטוזול של התא. גם נשאי Na+/Ca 2+- ו-H+/Ca 2+ לוקחים חלק בתהליך זה, ומתפקדים על פי עקרון האנטי-פורט הפעיל. ירידה בריכוז Ca 2+ מובילה לניתוק ואי-אקטיבציה של אנזימים תלויי Ca 2+ -calmodulin, כמו גם לאובדן זיקה חלבון קינאז C לשומני הממברנה ולירידה בפעילותו.

IP 3 ו-DAG שנוצרו כתוצאה מהפעלת המערכת יכולים שוב לקיים אינטראקציה זה עם זה ולהפוך ל-phosphatidylinositol-4,5-bisphosphate.

אנזימים ומזרחנים וחלבונים תחת פעולתו של פוספופרוטאין פוספטאז הופכים לצורה דה-פוספורילציה, המבנה והפעילות שלהם משתנים.

5. קולטנים קטליטיים.קולטנים קטליטיים הם אנזימים. המפעילים של אנזימים אלה יכולים להיות הורמונים, גורמי גדילה, ציטוקינים. בצורה הפעילה, אנזימים קולטן מזרחנים חלבונים ספציפיים בקבוצות -OH של טירוזין, ולכן הם נקראים טירוזין חלבון קינאזות (איור 4.15). באמצעות מנגנונים מיוחדים ניתן להעביר את האות המתקבל על ידי הקולטן הקטליטי לגרעין, שם הוא מגרה או מדכא את הביטוי של גנים מסוימים.

אורז. 4.15. הפעלת הקולטן לאינסולין.

Phosphoprotein phosphatase dephosphorylates phosphoproteins ספציפיים.

פוספודיאסטראז ממיר cAMP ל-AMP ו-cGMP ל-GMP.

GLUT 4 - מעבירי גלוקוז ברקמות התלויות באינסולין.

טירוזין חלבון פוספטאז דה-פוספורילאט את תת-יחידת ה-β של הקולטן

אִינסוּלִין

דוגמה לקולטן קטליטי היא קולטן לאינסולין,המורכב משתי תת-יחידות a ושתי β. תת-יחידות a ממוקמות על פני השטח החיצוניים של קרום התא, תת-יחידות β חודרות לדו-שכבת הממברנה. אתר הקישור לאינסולין נוצר על ידי התחומים ה-N-טרמינליים של תת-היחידות α. המרכז הקטליטי של הקולטן ממוקם על התחומים התוך-תאיים של תת-יחידות ה-β. בחלק הציטוזולי של הקולטן יש כמה שיירי טירוזין שניתן לזרחן ולדפוספורילציה.

התקשרות של אינסולין לאתר הקישור שנוצר על ידי יחידות a גורמת לשינויים קונפורמציוניים משותפים בקולטן. תת-יחידות ה-β מפגינות פעילות טירוזין קינאז ומזרזות טרנסאוטופוספורילציה (תת-ה-β הראשונה מזרחנת את תת-היחידה השנייה ולהיפך) במספר שיירי טירוזין. זרחון מוביל לשינוי במטען, בקונפורמציה ובסגוליות המצע של האנזים (Tyr-PA). טירוזין-PK מזרחן חלבונים תאיים מסוימים, הנקראים מצעי קולטן לאינסולין. בתורם, חלבונים אלה מעורבים בהפעלה של מפל של תגובות זרחון:

phosphoprotein phosphatase(FPF), אשר dephosphorylates פוספופרוטאינים ספציפיים;

פוספודיאסטראז,הממיר cAMP ל-AMP ו-cGMP ל-GMP;

GLUT 4- נושאי גלוקוז ברקמות התלויות באינסולין, לכן, ספיגת הגלוקוז לתאי שריר ורקמות שומן עולה;

טירוזין חלבון פוספטאזהגורם לדה-פוספורילציה של תת-יחידת ה-β של הקולטן לאינסולין;

חלבונים מווסתים גרעיניים, גורמי שעתוק,להגדיל או להקטין את ביטוי הגנים של אנזימים מסוימים.

יישום אפקט גורמי גדילהיכול להתבצע באמצעות קולטנים קטליטיים, המורכבים משרשרת פוליפפטידית אחת, אך יוצרים דימרים עם הקישור של השליח הראשוני. לכל הקולטנים מסוג זה יש תחום מסולק חוץ תאי, טרנסממברנה (a-helix) ותחום ציטופלזמי המסוגל להפגין פעילות חלבון קינאז עם ההפעלה.

דימריזציה מקדמת את ההפעלה של התחומים התוך-תאיים הקטליטיים שלהם, המבצעים טרנס-אוטופוספורילציה בשאריות חומצות האמינו של סרין, תראונין או טירוזין. התקשרות של שאריות זרחן מובילה ליצירת אתרי קישור לחלבונים ציטוסוליים ספציפיים ברצפטור והפעלה של מפל העברת האות של חלבון קינאז (איור 4.16).

רצף האירועים של העברת אותות של שליחים ראשוניים (גורמי גדילה) בהשתתפות חלבוני ראס ורף.

קישור של הקולטן (R) לגורם גדילה (GF) מוביל לדימריזציה שלו ולטרנסאוטופוספורילציה שלו. הקולטן הפוספוריל מקבל זיקה לחלבון Grb2. קומפלקס FR*R*Grb2 שנוצר מקיים אינטראקציה עם חלבון ה-SOS הציטוזולי. שינוי קונפורמציה של SOS

מבטיח את האינטראקציה שלו עם חלבון הממברנה Ras-GDF המעוגן. היווצרות הקומפלקס FR?R?Grb2?SOS?Ras-GDP מפחיתה את הזיקה של חלבון Ras ל-GDP ומגבירה את הזיקה ל-GTP.

החלפת ה-GDP ב-GTP משנה את הקונפורמציה של חלבון Ras, המשתחרר מהקומפלקס ומקיים אינטראקציה עם חלבון Raf באזור הממברנה. קומפלקס Ras-GTP-Raf מציג פעילות חלבון קינאז ומזרחן את האנזים MEK kinase. MEK kinase מופעל בתורו מזרחן MAP kinase ב-Threonine ו-tyrosine.

איור.4.16. מפל קינאז של MAP.

לקולטנים מסוג זה יש גורם גדילה אפידרמיס (EGF), גורם גדילה עצבי (NGF) וגורמי גדילה נוספים.

Grb2 - חלבון המקיים אינטראקציה עם הקולטן לגורם הגדילה (חלבון קושר קולטן גדילה); SOS (GEF) - גורם חילופי GDP-GTP (גורם חילופי נוקלאוטידים גואנין); Ras - חלבון G (גואנידין טריפוספטאז); Raf-kinase - בצורתו הפעילה - זרחן MEK-kinase; MEK kinase - MAP kinase kinase; MAP kinase - חלבון קינאז המופעל על ידי מיטוגן (מיטוגן מופעל חלבון קינאז)

ההתקשרות של קבוצת -PO 3 2 - לרדיקלי חומצות האמינו של קינאז MAP משנה את המטען, הקונפורמציה והפעילות שלו. האנזים מזרחן חלבונים ספציפיים של ממברנות, ציטוזול וגרעין עבור סרין ותריונין.

שינויים בפעילותם של חלבונים אלו משפיעים על קצב התהליכים המטבוליים, תפקודם של טרנסלוקזות ממברנות, והפעילות המיטוטית של תאי המטרה.

קולטנים עם פעילות גואנילט ציקלאזמכונים גם קולטנים קטליטיים. גואנילט ציקלאזמזרז היווצרות cGMP מ-GTP, שהוא אחד השליחים (המתווכים) החשובים של העברת אותות תוך תאית (איור 4.17).

אורז. 4.17. ויסות פעילות ממברנה גואנילט ציקלאז.

גואנילט ציקלאז (GC) הוא גליקופרוטאין טרנסממברני. מרכז הקישור של מולקולת האות ממוקם על התחום החוץ תאי, התחום התוך תאי של guanylate cyclase מפגין פעילות קטליטית כתוצאה מהפעלה

התקשרות השליח הראשוני לקולטן מפעילה guanylate cyclase, המזרזת את ההמרה של GTP ל-Cyclic guanosine-3,5'-monophosphate (cGMP), השליח השני. ריכוז cGMP עולה בתא. מולקולות cGMP יכולות להיצמד באופן הפיך למרכזי הרגולציה של חלבון קינאז G (PKG5), המורכב משתי יחידות משנה. ארבע מולקולות של cGMP משנות את המבנה והפעילות של האנזים. חלבון קינאז G פעיל מזרז את הזרחון של חלבונים ואנזימים מסוימים בציטוזול התא. אחד השליחים העיקריים של חלבון קינאז G הוא גורם נטריאורטי פרוזדורי (ANF), המווסת הומאוסטזיס נוזלי בגוף.

6. העברת אותות באמצעות קולטנים תוך תאיים.מבחינה כימית הורמונים הידרופוביים (הורמונים סטרואידים ותירוקסין) יכולים להתפזר דרך ממברנות, ולכן הקולטנים שלהם ממוקמים בציטוזול או בגרעין התא.

קולטנים ציטוסוליים קשורים לחלבון צ'פרון המונע הפעלה מוקדמת של קולטן. קולטנים גרעיניים וציטוסוליים להורמוני סטרואידים ובלוטת התריס מכילים תחום קושר ל-DNA המבטיח את האינטראקציה של קומפלקס הקולטנים להורמונים עם אזורים מווסתים של ה-DNA בגרעין ושינויים בקצב השעתוק.

רצף אירועים המוביל לשינוי בקצב התמלול

ההורמון עובר דרך דו-שכבת השומנים של קרום התא. בציטוזול או בגרעין, ההורמון יוצר אינטראקציה עם הקולטן. קומפלקס הקולטנים להורמונים עובר לגרעין ומתחבר לרצף הנוקלאוטידים הרגולטורי של ה-DNA - משפר(איור 4.18) או משתיק קול.הזמינות של המקדם עבור RNA פולימראז עולה עם אינטראקציה עם משפר או פוחתת עם אינטראקציה עם משתיק. בהתאם לכך, קצב השעתוק של גנים מבניים מסוימים עולה או יורד. mRNA בוגרים משתחררים מהגרעין. קצב התרגום של חלבונים מסוימים עולה או יורד. כמות החלבונים המשפיעה על חילוף החומרים והמצב התפקודי של התא משתנה.

בכל תא ישנם קולטנים הכלולים במערכות שונות של מתמרי אותות הממירים את כל האותות החיצוניים לאותות תוך תאיים. מספר הקולטנים לשליח ראשון מסוים יכול לנוע בין 500 ליותר מ-100,000 לתא. הם ממוקמים על הממברנה מרוחק אחד מהשני או מרוכזים באזורים מסוימים שלו.

אורז. 4.18. העברת אות לקולטנים תוך תאיים

ב) מהטבלה, בחר את הליפידים המעורבים ב:

1. הפעלת חלבון קינאז C

2. תגובות של היווצרות DAG בפעולת פוספוליפאז C

3. יצירת מעטפות מיאלין של סיבי עצב

ג) כתוב את תגובת ההידרוליזה של הליפיד שבחרת בפסקה 2;

ד) ציינו איזה ממוצרי ההידרוליזה מעורב בוויסות ערוץ Ca 2+ של הרשת האנדופלזמית.

2. בחר את התשובות הנכונות.

רגישות הקונפורמציה של חלבוני הנשא יכולה להיות מושפעת מ:

ב.שינוי בפוטנציאל החשמלי על פני הממברנה

ב. התקשרות של מולקולות ספציפיות ד. הרכב חומצות שומן של שומנים דו-שכבתיים ה. כמות החומר המועבר

3. הגדר התאמה:

A. ER תעלת סידן B. Ca 2 +-ATPase

D. Ka + תלוי נשא Ca 2 + D. N +, K + -ATPase

1. נושא Na+ לאורך שיפוע הריכוז

2. פועל במנגנון של דיפוזיה קלה

3. נושא Na+ כנגד שיפוע הריכוז

4. מעבירים את הטבלה. 4.2. מחברת ומלא אותה.

טבלה 4.2. מערכות אדנילט ציקלאז ואינוזיטול פוספט

מבנה ושלבי פעולה	מערכת אדנילט ציקלאז	מערכת אינוזיטול פוספט
דוגמה לשליח הראשי של מערכת
חלבון ממברנת תא אינטגרלי באינטראקציה משלימה עם השליח הראשוני
איתות חלבון מפעיל אנזים
מערכת אנזימים יוצרת שליח(ים) משניים
שליח(ים) משני של המערכת
אנזים ציטוסוליים (e) של המערכת באינטראקציה (e) עם שליח שני
מנגנון הוויסות (במערכת זו) של פעילות אנזימים של מסלולים מטבוליים
מנגנונים להפחתת ריכוז השליחים השניים בתא המטרה
הסיבה לירידה בפעילות האנזים הממברנה של מערכת האיתות

משימות לשליטה עצמית

1. הגדר התאמה:

א. סימפורט פסיבי ב. אנטיפורט פסיבי

ב.אנדוציטוזיס ד.אקסוציטוזיס

ד. הובלה פעילה ראשונית

1. הובלה של חומר לתוך התא מתרחשת יחד עם חלק מממברנת הפלזמה

2. במקביל, שני חומרים שונים עוברים לתא לאורך שיפוע הריכוז

3. הובלת חומרים נוגדת את שיפוע הריכוז

2. בחר את התשובה הנכונה.

ag-יחידת המשנה של חלבון G הקשורה ל-GTP מפעילה:

א רצפטור

ב. חלבון קינאז A

B. Phosphodiesterase D. Adenylate cyclase E. Protein kinase C

3. קבע התאמה.

פוּנקצִיָה:

א' מווסת את פעילות הקולטן הקטליטי B. מפעיל פוספוליפאז C

B. הופך חלבון קינאז A לצורתו הפעילה

ד מגביר את ריכוז Ca 2+ בציטוזול של התא E. מפעיל חלבון קינאז C

שליח שני:

4. קבע התאמה.

תִפקוּד:

א. בעל יכולת דיפוזיה צידית בדו-שכבת הממברנה

ב.בשילוב עם השליח הראשוני, הוא מצטרף למשפר

ב. מראה פעילות אנזימטית בעת אינטראקציה עם השליח הראשוני

G. עשוי לקיים אינטראקציה עם חלבון G

ד. מקיים אינטראקציה עם פוספוליפאז C במהלך העברת האות קוֹלֵט:

1. אינסולין

2. אדרנלין

3. הורמון סטרואידים

5. השלם את משימת "השרשרת":

א) הורמונים פפטידים מקיימים אינטראקציה עם קולטנים:

א' בציטוזול של התא

ב. חלבונים אינטגרליים של ממברנות תאי מטרה

ב.בגרעין התא

ז. מקושר קוולנטי ל-FIF 2

ב) האינטראקציה של קולטן כזה עם הורמון גורמת לעלייה בריכוז בתא:

א הורמון

ב. מטבוליטים ביניים

ב. שליחים שניים ד. חלבונים גרעיניים

ב) מולקולות אלו יכולות להיות:

א. תג ב. GTP

B. FIF 2 D. CAMP

ז) הם מפעילים:

א Adenylate cyclase

B. Calmodulin תלוי Ca 2+

B. Protein kinase A D. Phospholipase C

ה) אנזים זה משנה את קצב התהליכים המטבוליים בתא על ידי:

א. הגדלת ריכוז Ca 2 + בציטוזול B. זרחון של אנזימים מווסתים

ב. הפעלת פרוטנפוספטאז

ד.שינויים בביטוי של גנים מווסתים של חלבון

6. השלם את משימת ה"שרשרת":

א) התקשרות של גורם גדילה (GF) לקולטן (R) מובילה ל:

א. שינויים בלוקליזציה של מתחם FR-R

ב.דימריזציה וטרנסאוטופוספורילציה של הקולטן

ב. שינוי בקונפורמציה של הקולטן והתקשרות לחלבון Gs D. תנועה של קומפלקס FR-R

ב) שינויים כאלה במבנה הקולטן מגבירים את הזיקה שלו לחלבון פני השטח של הממברנה:

ב. רף ג. גרב2

ב) אינטראקציה זו מגדילה את הסבירות להתקשרות לקומפלקס החלבון הציטוזולי:

א קלמודולינה ב ראס

ב PCS D. SOS

ז) מה שמגביר את ההשלמה של הקומפלקס לחלבון ה"מעוגן":

ה) שינוי בקונפורמציה של החלבון ה"מעוגן" מפחית את הזיקה שלו ל:

A. CAMP B. GTP

B. GDF G. ATP

ה) חומר זה מוחלף ב:

א GDF B. AMP

ב. cGMP ד. GTP

ו) החיבור של נוקלאוטיד מקדם את האינטראקציה של החלבון ה"מעוגן" עם:

א פקא ב קלמודולין

ח) חלבון זה הוא חלק מקומפלקס המזרחן:

A. MEK kinase B. Protein kinase C

B. Protein kinase A D. MAP kinase

ו) אנזים זה בתורו מפעיל:

A. MEK kinase B. Protein kinase G

B. Raf protein D. MAP kinase

י) זרחון חלבון מגביר את הזיקה שלו ל:

א. חלבוני SOS ו-Raf B. חלבונים מווסתים גרעיניים ב. קלמודולין ד. קולטנים גרעיניים

ק) הפעלה של חלבונים אלה מובילה ל:

א דה-פוספורילציה של GTP במרכז הפעיל של חלבון Ras B. ירידה בזיקה של הקולטן לגורם הגדילה

ב. עלייה בקצב הביוסינתזה של המטריצה ​​ד. דיסוציאציה של קומפלקס SOS-Grb2

מ) כתוצאה מכך:

א חלבון SOS משתחרר מהקולטן

ב. מתרחשת ניתוק של פרוטומרים קולטן (R).

ב. חלבון ראס נפרד מחלבון רף

ד. הפעילות הפרוליפרטיבית של תא המטרה עולה.

סטנדרטים של תשובות ל"משימות לשליטה עצמית"

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

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

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

5. א) ב, ב) ג, ג) ד, ד) ג, ה) ב

6. א) ב, ב) ד, ג) ד, ד) א, ה) ב, ו) ד, ז) ד, ח) א, א, ד, י) ג, ל) ג, מ) ד.

תנאים ומושגים בסיסיים

1. מבנה ותפקודים של ממברנות

2. הובלה של חומרים על פני ממברנות

3. מאפיינים מבניים של חלבוני ממברנה

4. מערכות העברת אותות טרנסממברניות (אדנילט ציקלאז, אינוזיטול פוספט, גואנילט ציקלאז, קולטנים קטליטיים ותוך תאיים)

5. שליחים ראשוניים

6. שליחים משניים (מתווכים)

משימות לעבודה אודיציונית

1. ראה איור. 4.19 והשלם את המשימות הבאות:

א) שם את אופן התחבורה;

ב) לקבוע את סדר האירועים:

A.Cl - יוצא מהתא לאורך שיפוע הריכוז

ב. חלבון קינאז A מזרחן את תת-יחידת ה-R של התעלה

ב. שינויים בקונפורמציה של יחידת R

ד. מתרחשים שינויים קואופרטיביים בחלבון הממברנה

ד.מערכת האדנילאט ציקלאז מופעלת

אורז. 4.19. תפקוד של C1 - ערוץ של אנדותל המעי.

R הוא חלבון רגולטורי שהופך לצורה מזורחת על ידי פעולת חלבון קינאז A (PKA)

ג) השוו את תפקוד תעלת Ca 2+ של ממברנת הרשת האנדופלזמית ותעלת Cl - של תא האנדותל של המעי, מילוי הטבלה. 4.3.

טבלה 4.3. דרכים להסדיר את תפקוד הערוצים

לפתור בעיות

1. התכווצות שריר הלב מפעילה Ca 2 +, שתכולתו בציטוזול של התא עולה עקב תפקודם של נשאים תלויי cAMP של הממברנה הציטופלזמית. בתורו, ריכוז cAMP בתאים מווסת על ידי שתי מולקולות אות - אדרנלין ואצטילכולין. יתרה מכך, ידוע שאדרנלין, באינטראקציה עם קולטני β 2 -אדרנרגיים, מגביר את ריכוז ה-cAMP בתאי שריר הלב וממריץ את תפוקת הלב, ואצטילכולין, באינטראקציה עם קולטני M 2 -כולינרגיים, מפחית את רמת ה-cAMP ואת התכווצות שריר הלב. הסבירו מדוע שני שליחים ראשוניים, המשתמשים באותה מערכת העברת אותות, מעוררים תגובה סלולרית שונה. לזה:

א) הצג את ערכת העברת האותות עבור אדרנלין ואצטילכולין;

ב) לציין את ההבדל במפלי האיתות של שליחים אלו.

2. אצטילכולין, אינטראקציה עם קולטנים M 3 -כולינרגיים בלוטות הרוק, מגרה את שחרור Ca 2+ מהמיון. עלייה בריכוז Ca 2+ בציטוזול מבטיחה אקסוציטוזיס של גרגירי הפרשה ושחרור אלקטרוליטים וכמות קטנה של חלבונים לצינור הרוק. הסבירו כיצד מוסדרים ערוצי Ca 2+ של ה-ER. לזה:

א) שם את השליח השני המספק פתיחה של ערוצי ER Ca 2+;

ב) לכתוב את התגובה להיווצרות שליח שני;

ג) הצג את הסכימה של העברת אותות טרנסממברנית של אצטילכולין, שבמהלכו הליגנד הרגולטורי Ca 2+ -יכול-

3. חוקרי קולטן לאינסולין זיהו שינוי משמעותי בגן לחלבון, אחד מהמצעים של קולטן האינסולין. כיצד ישפיע שיבוש במבנה של חלבון זה על תפקוד מערכת איתות האינסולין? כדי לענות על שאלה:

א) תן תרשים של איתות טרנסממברני של אינסולין;

ב) שם את החלבונים והאנזימים המפעילים אינסולין בתאי המטרה, מציינים את תפקידם.

4. חלבון Ras הוא חלבון "מעוגן" בממברנה הציטופלזמית. הפונקציה של ה"עוגן" מבוצעת על ידי שארית 15 פחמן של farnesyl H 3 C-(CH 3) C \u003d CH-CH 2 - [CH 2 - (CH 3) C \u003d CH-CH 2 ] 2 -, המחובר לחלבון על ידי האנזים farnesyltransferase במהלך שינוי פוסט-תרגום. כיום, מעכבי אנזים זה עוברים ניסויים קליניים.

מדוע השימוש בתרופות אלו פוגע בהעברת אותות של גורם גדילה? לתשובה:

א) הצג את סכמת העברת האותות הכוללת חלבוני Ras;

ב) להסביר את תפקודם של חלבוני Ras ואת ההשלכות של כשל האצילציה שלהם;

ג) נחשו באילו מחלות פותחו התרופות הללו לטיפול.

5. הורמון הסטרואידים קלציטריול מפעיל את ספיגת הסידן התזונתי על ידי הגדלת כמות חלבוני הנשא Ca 2+ בתאי המעי. הסבר את מנגנון הפעולה של קלציטריול. לזה:

א) להביא תכנית כלליתהעברת אותות הורמון סטרואידים ותאר את תפקודו;

ב) שם את התהליך המפעיל את ההורמון בגרעין תא המטרה;

ג) ציינו באיזו ביוסינתזה מטריצה ​​ישתתפו המולקולות המסונתזות בגרעין והיכן היא מתרחשת.

I. חדירת הסטרואיד (C) לתא

II. היווצרות מתחם SR

כל ההורמונים סטרואידים P הם חלבונים כדוריים באותו גודל בערך, הורמונים קושרים עם זיקה גבוהה מאוד.

III. טרנספורמציה של SR לצורה המסוגלת להיקשר למקבלי גרעין [SR]

כל תא מכיל את כל המידע הגנטי. עם זאת, עם ההתמחות של התא, מרוב ה-DNA נשלל ההזדמנות להיות תבנית לסינתזה של mRNA. זה מושג על ידי קיפול היסטונים סביב חלבונים, מה שמוביל לעיכוב שעתוק. בהקשר זה, ניתן לחלק את החומר הגנטי של התא ל-3 סוגי DNA:

1. לא פעיל מבחינה תעתיק

2.בא לידי ביטוי כל הזמן

3. המושרה על ידי הורמונים או מולקולות איתות אחרות.

IV. קישור של [CP] למקבל הכרומטין

יש לציין כי שלב זה של פעולה ג' לא נחקר במלואו ויש בו מספר נקודות שנויות במחלוקת. מאמינים כי [CP] מקיים אינטראקציה עם אזורים ספציפיים של DNA בצורה כזו שהיא מאפשרת ל-RNA פולימראז ליצור מגע עם תחומי DNA מסוימים.

מעניין הוא הניסיון שהראה כי זמן מחצית החיים של ה-mRNA גדל כאשר הוא מגורה על ידי הורמון. זה מוביל לסתירות רבות: זה הופך לא ברור ¾ עלייה בכמות ה-mRNA מצביעה על כך ש-[SR] מגביר את קצב השעתוק או מגדיל את זמן מחצית החיים של ה-mRNA; במקביל, העלייה במחצית החיים של mRNA מוסברת על ידי נוכחות של מספר גדולריבוזומים בתא מגורה הורמונלי, שמייצבים mRNA או פעולה [SR] אחרת שאינה ידועה לנו כרגע.

v. התחלה סלקטיבית של שעתוק של mRNA ספציפיים; סינתזה מתואמת של tRNA ו-rRNA

ניתן להניח שההשפעה העיקרית של [SR] היא התרופפות הכרומטין המעובה, מה שמוביל לפתיחת גישה למולקולות RNA פולימראז אליו. עלייה בכמות ה-mRNA מובילה לעלייה בסינתזה של tRNA ו-rRNA.

VI.עיבוד RNA ראשוני

VII.הובלה של mRNA לתוך הציטופלזמה

ח.סינתזת חלבון

ט.שינוי חלבון לאחר תרגום

עם זאת, מחקרים מראים כי זהו מנגנון הפעולה העיקרי אך לא היחיד האפשרי של ההורמונים. לדוגמה, אנדרוגנים ואסטרוגנים גורמים לעלייה ב-cAMP בתאים מסוימים, דבר המצביע על כך שישנם גם קולטני ממברנה להורמונים סטרואידים. זה מראה שהורמונים סטרואידים פועלים על כמה תאים רגישים כהורמונים מסיסים במים.

מתווכים משניים

הורמוני פפטיד, אמינים ונוירוטרנסמיטורים, בניגוד לסטרואידים, הם ¾ תרכובות הידרופיליות ואינם מסוגלים לחדור בקלות לקרום הפלזמה של התא. לכן, הם מקיימים אינטראקציה עם קולטני ממברנה הממוקמים על פני התא. אינטראקציה של קולטן הורמון יוזמת תגובה ביולוגית מתואמת מאוד שבה יכולים להשתתף רכיבים תאיים רבים, שחלקם ממוקמים במרחק ניכר מממברנת הפלזמה.

cAMP ¾ הוא התרכובת הראשונה, שסאתרלנד, שגילה אותה, כינה "המתווך השני", מכיוון שהוא ראה בהורמון עצמו "המתווך הראשון", הגורם לסינתזה תוך-תאית של "המתווך השני", המתווך את ההורמון הביולוגי. ההשפעה של הראשון.

נכון להיום, ניתן למנות לפחות 3 סוגים של שליחים משניים: 1) נוקלאוטידים מחזוריים (cAMP ו-cGMP); 2) יוני Ca ו-3) מטבוליטים של phosphatidylinositol.

בעזרת מערכות כאלה, מספר קטן של מולקולות הורמונים, הנקשרות לקולטנים, גורם לייצור של מספר גדול בהרבה של מולקולות שליח שני, והאחרון, בתורו, משפיע על פעילותן של מספר גדול עוד יותר של מולקולות חלבון. לפיכך, יש הגברה מתקדמת של האות שמתרחשת בתחילה כאשר ההורמון נקשר לקולטן.

CAMF

בפשטות, פעולת ההורמון דרך cAMP יכולה להיות מיוצגת באופן הבא:

1. הורמון + קולטן סטריאו ספציפי

2. הפעלה של adenylate cyclase

3. היווצרות cAMP

4. הבטחת תגובה מתואמת cAMP

סביבת הורמונים

ממברנה קולטן

5'-cAMP 3',5'-cAMP ATP

חלבון קינאז לא פעיל

פוספודיאסטראז

חלבון קינאז פעיל

Dephosphoprotein Phosphoprotein

Phosphoprotein phosphatase

השפעה ביולוגית

איור 1

1. יש לציין שגם קולטנים הם מבנים דינמיים. המשמעות היא שמספרם יכול להקטין או לגדול. לדוגמה, אצל אנשים עם משקל גוף מוגבר, מספר הקולטנים לאינסולין יורד. ניסויים הראו שכאשר מסתם מנורמלת, מבחינים בעלייה במספר הקולטנים לרמה נורמלית. במילים אחרות, עם עלייה או ירידה בריכוז האינסולין, מתרחשים שינויים הדדיים בריכוז הקולטנים. הוא האמין כי תופעה זו יכולה להגן על התא מפני גירוי אינטנסיבי מדי עם לא מספיק רמה גבוהההוֹרמוֹן.

2. הפעלה של adenylate cyclase (A) היא גם תהליך מבוקר. בעבר, האמינו כי ההורמון (G), הנקשר לקולטן (P), משנה את מבנהו, מה שמוביל להפעלה של A. עם זאת, התברר כי A הוא אנזים אלוסטרי המופעל בפעולת GTP. GTP נושא חלבון מיוחד (מתמר) G. בהקשר זה אומץ מודל המתאר לא רק את ההפעלה של A, אלא גם את סיומו של תהליך זה.

א) G + R + G HDF ® G R G + GDP

ב) G R G + GTP ® G + R + G GTP

ג) G GTP + A ® cAMP + GDP

לפיכך, הידרוליזה של GTP משמשת כאות "כיבוי" עבור המערכת. כדי להתחיל מחדש את המחזור, יש לנתק את התמ"ג מ-G, המתרחש כאשר ההורמון נקשר ל-P.

למספר גורמים יש השפעה מעכבת על A וגורמים לירידה בריכוז cAMP. דוגמאות לאגוניסטים מעוררי ציקלאז הם גלוקגון, ADH, LH, FSH, TSH ו-ACTH. גורמים מעכבי Cyclase כוללים אופיואידים, סומטוסטטין, אנגיוטנסין II ואצטילכולין. אדרנלין יכול לעורר (באמצעות קולטני β) או לעכב (באמצעות קולטני α) את האנזים הזה. נשאלת השאלה כיצד מתבצע הוויסות הדו-כיווני של A. התברר שהמערכת המעכבת כוללת חלבון תלת מימדי, הדומה ביותר לחלבון ה-G הנ"ל. ניתן לתאר את ההשפעה של Gi באופן הבא:

א) G + P + Gi GDF ® G R Gi + GDF

ב) G R Gi + GTP ® G + P + Gi GTP

ג) Gi GTP + A ® ¯cAMP + Gi GDP

לאחר זרחון של חלבוני האנזים במהלך התגובות שתוארו לעיל (ראה איור 1), הקונפורמציה שלהם משתנה. כתוצאה מכך, גם הקונפורמציה של המרכז הפעיל שלהם משתנה, מה שמוביל להפעלתם או לעיכוב. מסתבר שבשל השליח המשני cAMP בתא, מופעלת או מעוכבת פעולת האנזימים הספציפיים לו, מה שגורם להשפעה ביולוגית מסוימת האופיינית לתא זה. בהקשר זה, למרות מספר גדול שלאנזימים הפועלים דרך השליח המשני cAMP, תגובה ספציפית וספציפית מתרחשת בתא.

מתווכים משניים (שליחים משניים) - רכיבים של מערכת הולכת האותות בתא. הם תרכובות כימיות במשקל מולקולרי נמוך עם מערכת ספציפית של סינתזה וריקבון. יש מעט מהם במנוחה. ריכוז ה-VP משתנה במהירות תחת פעולת האותות החוץ-תאיים (הורמונים, נוירוטרנסמיטורים). ל-VP יש מטרות ספציפיות ברורות (חלבוני אפקטור) שדרכם הם מתווכים את תגובת התא.

VPs מאופיינים בתכונות הבאות: יש להם משקל מולקולרי קטן ומתפזרים בקצב גבוה בציטופלזמה; מתפצלים במהירות ומוסרים במהירות מהציטופלזמה. מתווכים משניים חייבים להיות מהירות גבוההסינתזה ופירוק: בקצב חילוף חומרים נמוך, הם לא יעמדו בקצב השינויים המהירים בגירוי הקולטן.

לְהַקְצוֹת 3 קבוצותמתווכים משניים.

- מולקולות הידרופיליות(cAMP, cGMP, IP 3, Ca 2+, H 2 O 2) פועלים בציטוזול.

- מולקולות הידרופוביות(דיאצילגליצרולים DAG ופוספטידילינוזיטולים PIP נ) פועלים מקומית בממברנות.

- גזים(NO, CO, H2S) הם תוצרים קצרי מועד, אך יציבים יחסית, של מיני חמצן תגובתיים; הם מסיסים בציטוזול ויכולים להיכנס לתא מבחוץ דרך קרום הפלזמה.

מערכות איתות באמצעות מתווכים שניים יש שלוש רמות הגברת אות. ההגברה הראשונה מתרחשת ברמת הממברנה. בעוד הקולטן קשור לליגנד, הוא מפעיל מספר מטרות (חלבוני G). בעוד ש-GTP נמצא באתר הפעיל של חלבון ה-G, הוא בתורו מפעיל כמה אפקטורים. אפקטורים אלו מהווים את הרמה השנייה והחזקה ביותר של הגברה אות. ככלל, הם אנזימים בעלי כוח קטליטי ומספר מחזור גבוהים. המשימה שלהם היא לסנתז מספר רב של שליחים שניים. זה מהווה את השלב השלישי של ההגברה.

מתווכים משניים מעורבים באיתות מקולטני ממברנה מחוברים לחלבוני G.

מסלולי העברת אותותבהשתתפות חלבוני G - חלבונים קינאזות כוללים הצעדים הבאים.

1) הליגנד נקשר לקולטן על ממברנת התא.

2) הקולטן הקשור לליגנד, באינטראקציה עם חלבון ה-G, מפעיל אותו, וחלבון ה-G המופעל קושר ל-GTP.

3) חלבון ה-G המופעל יוצר אינטראקציה עם אחת או יותר מהתרכובות הבאות: אדנילט ציקלאז, פוספודיאסטראז, פוספוליפאז C, A 2, D, מפעיל או מעכב אותם.

4) הרמה התוך תאית של שליח שני אחד או יותר, כגון cAMP, cGMP, Ca 2+, IP 3 או DAG, עולה או יורדת.

5) עלייה או ירידה בריכוז של שליח שני משפיעה על הפעילות של קינאז חלבון אחד או יותר התלוי בו, כגון חלבון קינאז תלוי cAMP (חלבון קינאז A), חלבון קינאז תלוי cGMP (PCG), חלבון קינאז תלוי קלמודולין(CMPC), חלבון קינאז C. שינוי בריכוז של שליח שני יכול להפעיל תעלת יונים כזו או אחרת.

6) רמת הזרחון של האנזים או תעלת היונים משתנה, מה שמשפיע על פעילות תעלת היונים וגורם לתגובה הסופית של התא.

(תרשים מפורט יותר):

5. סיווג קולטני ממברנה.

על פי מבנה ומנגנון הפעולה קיימות 4 קבוצות עיקריות שהן חלבוני ממברנה אינטגרליים. קולטנים מחוברים ישירות לתעלות יונים(קולטנים N-כולינרגיים, למשל) (תעלות יונים מגודרות ליגנד, LGIC) ו קולטנים מצמדים לחלבון G טרימריים(קולטנים M-כולינרגיים, למשל) (קולטנים מצמדים לחלבון G, GPCR) מהווים את שתי הקבוצות המוכרות והמאופיינות ביותר. בקבוצה קולטנים מחוברים ישירות לאנזימים(קולטני אינסולין מחוברים ישירות לטירוזין קינאז, למשל) - מספר תת-קבוצות: קולטן טירוזין קינאזות(רצפטור חלבון טירוזין קינאז, RPTK) וקבוצה קטנה של קולטן קינאזות סרין/תרונין, ממש כמו רצפטורים-אנזימים בעלי פעילות לא-קינאזכגון guanylyl cyclase (GCase). ארבע- קולטני ציטוקינים(קולטני ציטוקינים, CR) (קולטני אינטרפרון α, β, γ, למשל). מבחינת אופן הפעולה שלהם, הם דומים מאוד ל-RRTK, אך אין להם פעילות אנזימטית משלהם והם מושכים אנזימים מהציטוזול כשותפים. האחרונים הם בעיקר חלבונים קינאזות הקושרות קולטני ציטוקינים פעילים ורק אז מזרחנים מצעים ספציפיים, וכך מעבירים אות לציטופלזמה. יש לציין כי לוקליזציה של הממברנה של כל הקולטנים הללו אינה אומרת שהם ממוקמים אך ורק על פני התא. הם יכולים להיות ממוקמים גם על הממברנות הפנימיות של האברונים, למשל, על אנדוזומים, מיטוכונדריה או הרשת האנדופלזמית.

לפי עומס פונקציונלי: יונוטרופיו מטאבוטרופי. בעיקרו של דבר, חלוקה זו משקפת את סוג התגובה התאית עם הפעלת הקולטנים הללו. על פי השם, קולטנים יונוטרופיים מווסתים זרמים יוניים, כלומר. לשלוט על תעלות יונים מגודרות לליגנד. הם משנים במהירות את פוטנציאל הממברנה ובכך מתווכים את תגובות התא המהירות ביותר להשפעות סביבתיות (תאי ראייה, ריח וריח). להיפך, קולטנים מטבוטרופיים מווסתים טרנספורמציות מטבוליות (זרימות אנרגיה) בתוך התא. הם משתמשים בחלבונים ואנזימים מתאמים כדי להעביר אותות ולשנות את הפעילות של אנזימי המטרה.

6. דרכי ויסות של פעילות האנזים: שינוי במספר מולקולות החלבון או שינויים פוסט-טרנסלציוניים שלו. סוגי שינויים פוסט-תרגום המשמשים קולטנים להעברת אותות. דוגמאות.
הורמונים מפעילים את מערכות האפקטור של הקולטנים - שינוי בפעילות האנזימים התוך-תאיים. בשליטה של ​​הורמונים 6 מתוך 8 מנגנוני ויסות של אנזימים. 4 (שינוי קוולנטי, אינטראקציות חלבון-חלבון, ויסות אלוסטרי ופרוטאוליזה מוגבלת) - שינויים מהירים בפעילות הספציפית של אנזימים, 2 (שינויים ברמת הביטוי ובהרכב האיזופורמי של חלבונים) קשורים לשינוי בכמות האנזימים בתא ומשנים בעקיפין את פעילותם הכוללת בתא.

השאר, לא קשורים לגורמנים: שינויים בריכוזי המשתתפים במחוז, מטבוליטים d-e.
1) 1. זמינות מצע או קו-אנזים

בטמפרטורה קבועה, קצב התגובה הכימית הוא פרופורציונלי לתוצר ריכוז המגיבים. ללא שליטה הורמונלית ישירה. להאיץ או להאט

עבור מחזור החומצות הטריקרבוקסיליות (TCA) המצע הוא אוקסלואצטט(חומצה אוקסלואצטית). הנוכחות של אוקסלואצטט "דוחפת" את תגובות המחזור, מה שמאפשר לאצטיל-SCoA להיות מעורב בחמצון.

∆G" = ∆G0" + RT ב[(C+D)/(A+B)],

כאשר ΔG" הוא השינוי האמיתי באנרגיה החופשית של Gibbs ב-pH 7, ΔG 0 " הוא השינוי הסטנדרטי באנרגיה החופשית של Gibbs ב-pH 7 עבור תגובה נתונה (בריכוז מגיבים בשיווי משקל של 1 מול/ליטר ו-25 o C), R הוא קבוע הגז האוניברסלי, T - טמפרטורת קלווין, A, B, C, D - ריכוזי שיווי משקל של מגיבים.

הורמונים משפיעים בעקיפין על ריכוזי שיווי המשקל של מגיבים, ופועלים על תגובות בלתי הפיכות. המהירות שלהם עולה, גם כמות המוצר. אין זה הגיוני לשנות את פעילותם של אנזימים המתווכים תגובות שיווי משקל, שכן האנזים אינו משנה את שיווי המשקל של התגובה.

2) במסלולים מטבוליים רבים מטבוליטיםלהשפיע מרחוק על פעילות האנזימים. קישורים ישירים או משוב בתוך השרשרת המטבולית. מטבוליט סופי - מנגנון משוב שלילי. מטבוליט ראשוני - רגולציה ישירה.

אפקטורים הם רגולטורים תחרותיים או אלוסטריים.

3)שינויים קוולנטייםעם תוספת של רדיקלים במשקל מולקולרי נמוך למולקולות חלבון - ברמה שלאחר התרגום. המנגנון הנפוץ ביותר.

ניתן לשנות שיירי חומצות אמינו (שאריות של סרין, תראונין, טירוזין, ליזין, ארגינין, פרולין וחומצות אמינו דיקרבוקסיליות). מתווספות קבוצות מתיל, אצטיל והידרוקסיל, ביוטין, תחמוצת חנקן, פוספטים, סולפטים ותחליפים גדולים יותר של פחמימות, שומנים, חלבונים או נוקלאוטידים (ADP-ribosyl). גליקוזילציה היא השינוי העיקרי של החלבונים החיצוניים של הגליקוקאליקס, ופרנילציה עם שאריות שומנים מיועדת ללוקליזציה כפויה של חלבונים על הממברנה.

זרחוןמשמש להעברת אות לתוך התא. קבוצת הפוספט פועלת כתווית שמקבעת את עצם העברת האות ממרכיב אחד של המפל (חלבון קינאז) למשנהו (סובסטרט). לפעמים האות הזה הוא דה-פוספורילציה (פוספטאז)

זרחון - שינויים בפעילות משתתפי הקצה במפלי איתות. מטרות רבות הן טרנספראזות (שינויים קוולנטיים של המצעים שלהם). לדוגמה, פעולתם של מספר הורמונים מכוונת לשינוי פעילות התעתיק והרכב החלבון של התא. זה כולל אנזימים שמשנים חלבוני כרומטין, גורמי שעתוק וקינאזות המזרחנים אותם. כתוצאה מההפעלה, קינאזות של גורמי שעתוק וחלבוני כרומטין עוברים מהציטופלזמה לגרעין, מגבירים את הזמינות של אזורי גנום מסוימים ומפעילים שעתוק על ידי שינוי שלאחר תרגום של שיירי חלבון מטרה רבים. גורמי שעתוק (p53): זרחן. אצטילציה או Ubiquitinated ו-sumoylated עבור מידור מוצלח יותר. היסטונים וחלבוני כרומטין אחרים: שינויים שונים - שינוי בצפיפות הכרומטין ועלייה בזמינות קטעי ה-DNA לשעתוק. (זרחון, מתילציה ואצטילציה בתוך רצף קצר האחראי על הפעילות התפקודית של חלבון זה).

4) אנזימים אלוסטריים - מ-2 יחידות משנה או יותר: חלק מיחידות המשנה מכילות מרכז קטליטי, אחרות בעלות מרכז אלוסטרי והן מווסתות. ההתקשרות של אפקטור לתת-יחידה אלוסטרית היא שינוי במבנה החלבון ובפעילות של תת-היחידה הקטליטית.

אנזימים אלוסטריים ( אנזימים מרכזיים)בדרך כלל עומדים בתחילתם של מסלולים מטבוליים, ומהלך של תגובות רבות עוקבות תלוי בפעילותם.

פרוקטוז-2,6-ביספוספט, 2,3-ביספוספוגליצרל - מוצרי גליקוליזה - מווסתים אלוסטריים

5) פרוטאוליזה מוגבלת (חלקית) של פרו-אנזימים - קודמו גדול יותרועם הקבלה ל מקום נכוןאנזים זה מופעל באמצעות ביקוע שברי פפטידים ממנו. מגן על מבנים תוך תאיים מפני נזק. אנזימי עיכול (פפסין, טריפסין, כימוטריפסין) מיוצרים על ידי תאי בלוטות בצורת פרו-אנזים לא פעילה. מופעלים על ידי פרוטאוליזה מוגבלת כבר בלומן של הקיבה (פפסין) או במעיים (השאר).

6) אינטראקציה חלבון-חלבון - לא מטבוליטים של תהליכים ביוכימיים, אלא חלבונים ספציפיים פועלים כמווסת. באופן כללי, המצב דומה למנגנון האלוסטרי: לאחר השפעת גורמים כלשהם על חלבונים ספציפיים, הפעילות של חלבונים אלה משתנה, והם, בתורם, פועלים על האנזים הרצוי.

אנזים ממברנה אדנילט ציקלאזרגישים להשפעה ג'י סנאי, המופעל כאשר הורמונים מסוימים (אפינפרין וגלוקגון) פועלים על התא.

7.8) שינוי רמת הביטויאוֹ הרכב איזופורמיםאנזימים - אסטרטגיות ויסות ארוכות טווח (גורמי שעתוק, המהירות והיעילות של שינוי שעתוק גנים). - הורמונים סטרואידים ובלוטת התריס. יחד עם קולטנים תוך תאיים, הם עוברים לגרעין, שם הם מפעילים או מעכבים שעתוק באזורים מסוימים של הגנום.

השינוי בקצב פירוק החלבון מווסת על ידי Ubiquitination. תהליך בן 5 שלבים הכולל שלושה אנזימים: מפעיל יוביקוויטין, מצמיד אוביקוויטין וחיבור צולב של אוביקוויטין (ליגאז). ויסות תהליך זה הוא הפעלה תלוית קולטן של ליגזות יוביקוויטין. דוגמה לליגאז כזה הוא חלבון Cbl, שותף של קולטני גורם גדילה וציטוקינים. הפעלה תלוית רצפטורים של Cbl מתרחשת כאשר תחום ה-N-terminal-phosphotyrosine קושר שלו נקשר לקולטן המופעל. לאחר מכן, Cbl יוצר אינטראקציה עם חלבוני עזר ומפעילה Ubiquitination של חלבוני מטרה.

Inducible NO-synthase (iNOS) - שינוי מהיר בהרכב איזופורמי חלבון עם הפעלה תגובות הגנהתאים. שני איזופורמים של NO synthase, נוירונאלי (nNOS) ואנדותל (eNOS), באים לידי ביטוי באופן מכונן. ביטוי של iNOS מופעל על ידי הפעלה של קולטנים לציטוקינים פרו-דלקתיים (אינטרפרון, אינטרלוקין-1, TNFα). בתנאים של עקה חמצונית וזיהום חיידקי, הפעילות הכוללת של NO synthases ורמת הייצור של השליח המשני NO משתנה.

7. גורמי גדילה כמווסתים העיקריים של חלוקת התא. בקצרה מנגנון הפעולה שלהם.

צמיחה והתפתחות של תאים בקווים נורמליים וגידוליים מתחילים בחשיפה של התא ל-FR, פוליפפטידים המופרשים על ידי התא או משתחררים כשהתא מת. יכול להסתובב בדם, אבל לעתים קרובות יותר פעולה מקומית. בעת קשירה לקולטן - זיקה מוגברת - אוליגומריזציה של קולטנים. קולטן 1 מזרחן מולקולת קולטן אחרת בשאריות טירוזין. לחלבונים המעורבים באיתות קולטן יש תחומים המזהים פוספוטירוזין (תחומי SH2, "התחום מסדר שני של Src kinase"). חלבונים המכילים תחום SH2 מזהים עוד 10-15 חומצות אמינו משמאל ומימין לפוספוטירוזין, ולכן הקישור שלהם מאוד ספציפי. לאחר יצירת קשר עם הקולטן, חלבונים משנים את פעילותם, יכולים להפעיל זה את זה, לקשור חלבונים חדשים - נוצרים קומפלקסים אוליגומריים מורכבים של חלבונים. FRs מעבירים אות לגרעין באמצעות MAP kinases (מיטוגן-activated protein kinases), אשר מעוררים גורמי שעתוק - חלוקת תאים. ויסות מתרחש עקב זרחון טירוזין ללא שליחים שניים. האות מסתיים בזרחון סרין/תרונין של חלבונים גרעיניים.

תחומי SH3 מזהים בחלבון 1 שלושה שיירי פרולין הממוקמים זה לצד זה. חלבון 2 ייקשר עם תחום אחד לקולטן FR, ועם תחום אחר, עם חלבון עם 3 שאריות פרולין. יצירת קומפלקס אוליגומרי מורכב הכולל זרחון-דה-פוספורילציה של חלבונים, החלפת נוקלאוטידים גואניל, ביקוע פוספוליפידים, הצמדת חלבונים ציטו-שלד וכו'.

הפעולה של FR על התא. FRs נקשרים לקולטנים על פני הממברנה או בתוך התא. A - FRs גורמים לזרחון חלבון באופן ישיר על ידי אינטראקציה עם הקולטן tyr-PK-ase (IGF-1, IGF-2, אינסולין), או על ידי הפעלת מפל האדנילאט cyclase או phosphatidylinositol והפעלת קינאזות חלבון. חלבונים מפוספסים מפעילים גורמי שעתוק הגורמים לסינתזה של mRNA וחלבונים חדשים. B - RF נכנס לתא, בשילוב עם הקולטן התוך תאי נכנס לגרעין, מפעיל את השעתוק של גנים הממריצים את צמיחת התא. 1 - חלבון G; 2 - אנזימים המסנתזים שליחים שניים: אדנילט ציקלאז, פוספוליפאז C, גואנילט ציקלאז.

8. כיצד קשורה הזיקה של הקולטן להורמון לזמן ההתפתחות וההכחדה של האות הזה? ויסות רגישות התא להורמון על ידי שינוי מספר הקולטנים וצימודם למערכות אפקטורים.
השפעה ביולוגית מקסימלית יכולה להתפתח גם אם ההורמון תפס רק חלק קטן מהקולטנים. (לאחר דגירה מוקדמת של שרירים חלקים, הלב עם קורארה או אטרופין, נוצר קומפלקס חזק עם האנטגוניסט, אך השפעת האצטילכולין מתפתחת כבר כמה שניות לאחר שטיפת הקולטן מהחוסם). בתא קיים "עודף" של קולטנים, שבגללו ההורמון יכול לגרום לתגובה המקסימלית גם כאשר הוא תופס רק חלק קטן מהקולטנים.

ריכוז הקטכולאמינים בדם הוא 10-9 - 10-8 M. הזיקה של קולטנים להורמונים אלו נמוכה יותר (Kd = 10-7 - 10-6 M). הפעלה חצי מקסימלית של adenylate cyclase - ריכוזים גבוהים (10-7 - 10-6 M), והשפעה על גליקוגנוליזה או ליפוליזה (השפעות המתווכות על ידי סינתזת cAMP) - ריכוזים נמוכים (10-9 - 10-8 M).

לביטוי ההשפעה של קטכולאמינים מספיקה התקשרות לפחות מ-1% מהקולטנים β-אדרנרגיים. יש "עודף" של פי 100 של קולטני היסטמין, פי 10 "עודף" של קולטני גלוקגון, אנגיוטנסין, ACTH. זה נובע מדרגת ההגברה הגבוהה (פי 105 - 108) של האות. כאשר קושרים מולקולה אחת של ההורמון בתא, עשויות להופיע (או להיעלם) 105 - 108 מולקולות של חומרים או יונים מסוימים. קיומו של "עודף" של קולטנים מבטיח רגישות גבוהה לווסתים חוץ-תאיים.

תיאוריית ה"עיסוק": ההשפעה הביולוגית של ההורמון פרופורציונלית לריכוז קומפלקס הקולטנים להורמונים: H + R ↔ HR → השפעה ביולוגית.

כאשר האיזון מושג: Kc = / ([H][R]) או HR= Kc ([H][R]), אפקט = f (Kc ([H][R]))

ההשפעה תלויה ב: הזיקה של ההורמון לקולטן, ריכוז הקולטנים.

ירידה בזיקה של הקולטן להורמון, ירידה בריכוזי הקולטן - ריכוזים גבוהים יותר של ההורמון.

קצב התגובה נקבע לפי הזמן של מצב החיבור של ההורמון עם הקולטן. לנוירוטרנסמיטורים יש זיקה נמוכה: בערך 10-3, הם מתנתקים במהירות מהקולטן, ולכן, על מנת לבצע אות, יש צורך ליצור ריכוזים מקומיים גבוהים, מה שקורה בסינפסות. עבור קולטנים תוך תאיים, הזיקה לליגנד גבוהה יותר - בערך 10-9, המצב הכרוך נמשך שעות וימים. הזיקה של ההורמון לקולטן קובעת את משך האות.

שינויים בזיקה של קולטנים להורמונים: חוסר רגישות, הורדת ויסות. עם גירוי הורמונלי מוגזם, הקולטנים עוברים אנדוציטציה ועוברים פירוק. יצירת אשכולות קולטנים בממברנה: ריכוז, ירידה בצפיפות הקולטן משפיעה על הפרמטרים הקינטיים של קישור ליגנד. (חלוקה הטרוגנית של שומנים בממברנה, מיקרוטובולים ומיקרופילמנטים שומרים על חלבוני הממברנה באזורים מסוימים של הממברנה). סינפסה!!

ריכוז הקולטנים, שאינו קבוע על ידי מבנה מורפולוגי מיוחד, נמצא בלימפוציטים ובתאים ריריים אסימטריים. תוך דקות ספורות מתאספים קולטנים בצברים בחלקים שונים של הממברנה, מתפוררים - בקרה מהירה והפיכה על רגישות התא לווסת.

נטרול בלתי הפיך של מולקולות הקולטן: עם פעולה ממושכת של ריכוזים גבוהים של הרגולטור - יצירת "כובעים" של קולטן, שבהם הקולטנים מחוברים זה לזה עקב יצירת קשרים פפטידים (בהשתתפות טרנסגלוטמינאז) בין קבוצות הקרבוקסיל החופשיות של חלבון אחד וקבוצות האמינו החופשיות של אחר. לאחר השלמת החיבורים הצולבים, הממברנה מוחדרת, שרוכה, מופיעה בציטופלזמה, מתמזגת עם הליזוזומים, ונבקעת על ידי פרוטאזות. מספר הקולטנים יכול לרדת פי 3-5. שחזור הרגישות ידרוש זמן רב - סינתזה והטבעה.

עבור חלק מצבים פתולוגיים- נוצרים נוגדנים עצמיים, אשר על ידי קישור לקולטנים משנים את הזיקה שלהם להורמונים.

הזיקה תלויה באינטראקציה שלהם עם חלבוני מטרה תוך תאיים (G-proteins). תפקידו של חלבון G בהפעלה תלוית הורמונים של אדנילט ציקלאז ידוע היטב. חלבון ה-G לא רק מוליך את האות, אלא גם משפיע על הקישור של ההורמון לקולטן.

ויסות רגישות לקולטן הורמונלי: מפגש של קולטנים ומטרותיהם על הממברנה יכול להיות יעיל רק אם הגורמים הקופאקטורים המתאימים קשורים לחלבונים: במקרה של קולטן מדובר בהורמון, ובמקרה של צימוד G. חלבון, GTP או GDP. רק במקרה זה, נוצר קומפלקס פעיל פונקציונלי של הקולטן עם החלבון, ולאחר מכן החלבון עם המטרה (adenylate cyclase). קישור 2- cofactor משפיע על הזיקה של הרכיבים זה לזה: קישור של הליגנד מגביר את הזיקה של הקולטן לחלבון G פעיל. היווצרות קומפלקס הקולטן-G-חלבון מובילה לעלייה משמעותית בזיקה של הקולטן להורמון. לאחר הצמדת GTP לחלבון G, הזיקה של הקולטן להורמון הופכת נמוכה.

9. תאר את השלבים העיקריים של תהליכי דה-סנסיטיזציה וויסות מטה של ​​קולטנים.

1. חיבור G+R

2. זרחון (אוביקוויטינילציה/פלמיטינציה של הקולטן

3. חוסר רגישות (בטא-arrestin)

4. אנדוציטוזיס (תלוי בקלאטרין)

5. מיחזור (שחרור הרצפטור למשטח התא) או איחוי עם הליזוזום וביקוע הקולטן.

חוסר רגישות וויסות מטה נחוצים כדי להפסיק את האות העודף ולמנוע תגובה סלולרית מוגזמת.

1) הכי הרבה דרך מהירה"כיבוי" הקולטן - דה-סנסיטיזציה עקב שינוי כימי (זרחון או בתדירות נמוכה יותר אלקילציה, פרנילציה, יוביקוויטינציה, מתילציה, ריבוזילציה) של התחום הציטופלזמי, מה שמוביל לירידה בזיקה של R ל-L.

ויסות הורמונלי המערב קולטנים צמודים לחלבון G מאופיין בהתפתחות מהירה של סבילות. הקולטן נקשר להורמון תוך דקות. האות נמשך דקות. ככל שההורמון נמצא זמן רב יותר על הקולטן, כך גדל הסיכוי שהקולטן יזרחן (יותר מ-10 דקות) על ידי קינאז חלבון אנדוגני ("קינאז תלוי ליגנד"). ניתוק של G מהקולטן - דה-פוספורילציה והקולטן ישחזר זיקה תקינה. אם האות ההורמונלי נכנס לתא תוך עשרות דקות, אזי מופעל דה-סנסיטיזציה, שבה מעורב GRK (g-prot. Receptor kinase), הוא גם מזרחן את הקולטן, מגורה על ידי השליח השני. אם יש הרבה הורמון, האות נשאר גם כשהקולטן מזורחן.

Beta-arrestin הוא חלבון פיגום, הוא מחליש/עוצר את מפל האיתות הראשי, אך במקביל מופעל MAPK kinase או אחר. ל-Beta-arrestin יש גם אתר קשירה ל-ubiquitin ligase, אשר מחבר את ה-Ubiquitin לקולטן. Ubiquitin יכול לקדם פירוק חלבון בפרוטאזומים או, להיפך, למנוע ממנו להיכנס לפרוטאזומים (גרסאות שונות של התקשרות יוביקוויטין).במהלך דה-סנסיטיזציה, בטא-ארסטין מושך קלתרין, אשר מגויס לאזור הצטברות הקולטנים ומכסה את פני השטח הפנימיים של אתר הממברנה, ואז מתרחשת אנדוציטוזיס (ויסות מטה). אזורים אלה נסוגים, ויוצרים בורות הגובלים בקלאטרין. מתרחבים ומתנתקים בתוך התא תחת פעולת החלבון המוטורי דינמין, הם יוצרים שלפוחיות מצופות קלטרין. אורך החיים של שלפוחיות אלו קצר מאוד: ברגע שהן מתנתקות מהממברנה, קרום הקלתרין מתפרק ומתפרק. (ישנה גם אנדוציטוזיס תלוית קוואלין, היא מתרחשת בדומה לתלוית קלטרין. אם רפסודות הממברנה גדולות ונוקשות, מצטרף אליהן שלד של אקטין, השואב בכוח שברים גדולים מהממברנה הבלתי תלויה בקלטרין/קאאוולין לתא עקב העבודה של מנועי מיוזין.)

יחד עם קולטנים, ניתן לבצע אנדוציטוזה של הליגנדים שלהם. בעתיד מתאפשר מיחזור (החזרה) של קולטנים, המצריך ניתוק של ליגנדים מקולטנים וביטול שינויים כימיים. פירוק בלתי הפיך של קולטנים לאחר איחוי של אנדוזומים עם ליזוזומים.

ישנם אנדוזומי איתות (סיגנלוזומים) המסוגלים להפעיל מפלי איתות משלהם המבוססים על חלבונים אנדוזומליים ושומנים (פוספו); הם מכילים את כל הסוגים העיקריים של קולטני הממברנה, למעט קולטני התעלות.

כמה הורמונים, כולל סטרואידים של קליפת יותרת הכליה והבלוטות, הורמוני בלוטת התריס, הורמוני רטינואיד וויטמין D, נקשרים לקולטני חלבון בעיקר בתוך התא, ולא על פני השטח שלו. הורמונים אלו מסיסים בשומן, ולכן הם חודרים בקלות את הממברנה ומקיימים אינטראקציה עם קולטנים בציטופלזמה או בגרעין. קומפלקס קולטני ההורמונים המופעל מקיים אינטראקציה עם מווסת רצף DNA (פרומוטור) ספציפי הנקרא אלמנט התגובה ההורמון.

אז זה מפעיל או מדכא את השעתוק של גנים ספציפייםוהיווצרות RNA שליח, לכן, כמה דקות, שעות ואפילו ימים לאחר שההורמון נכנס לתא, מופיעים בו חלבונים חדשים שנוצרו והופכים לווסתים של תפקודים חדשים או משתנים של תאים.

בדים רבים יש זהים קולטני הורמונים תוך תאייםעם זאת, הגנים המווסתים על ידי הקולטנים הללו שונים. קולטנים תוך תאיים יכולים להפעיל את תגובת הגן רק בנוכחות שילובים מתאימים של חלבונים מווסתים גנים בתא. לרבים מהמתחמים המווסתים של החלבון הללו יש מאפיינים משלהם ברקמות שונות, ולכן התגובה של רקמות שונות נקבעת לא רק על ידי הספציפיות של הקולטנים, אלא גם על ידי הגנים המווסתים דרך הקולטנים הללו.

מנגנוני תיווך שניים

הזכרנו בעבר אחד מהם דרכים, שבאמצעותו הורמונים מעוררים תגובות תאים וממריצים את היווצרות ה-CAMP של השליח השני בתוך התא. ואז cAMP גורם להפעלה של תגובות תוך תאיות עוקבות לפעולת ההורמון. אז, ההשפעה הישירה של ההורמון על התא היא להפעיל את הקולטן המעורר על הממברנה, והשליחים השניים מספקים את שאר התגובות.

מַחֲנֶהאינו השליח השני היחיד המשמש את ההורמונים. ישנם שני מתווכים נוספים, החשובים ביותר: (1) יוני סידן מחוברים לקלמודולין; (2) שברי קרום פוספוליפידים.

הִצטָרְפוּת הוֹרמוֹןלקולטן מאפשר לאחרון ליצור אינטראקציה עם חלבון G. אם חלבון G מפעיל את מערכת האדנילאט cyclase-cAMP, הוא נקרא חלבון Gs, מה שמצביע על התפקיד המעורר של חלבון G. גירוי של adenylate cyclase, הקשור לממברנה של האנזים באמצעות חלבון Gs, מזרז את ההמרה של כמות קטנה של אדנוזין טריפוספט הקיימת בציטופלזמה ל-cAMP בתוך התא.

שלב הבא בתיווךהפעלה על ידי חלבון קינאז תלוי cAMP, המזרחן חלבונים ספציפיים בתא, גורם לריאקציות ביוכימיות, המבטיחות שהתא מגיב לפעולת ההורמון.

פַּעַם מַחֲנֶהנוצר בתא, זה מבטיח הפעלה רציפה של מספר אנזימים, כלומר. תגובת אשד. לפיכך, האנזים המופעל הראשון מפעיל את השני, אשר מפעיל את השלישי. המטרה של מנגנון זה היא שמספר קטן של מולקולות המופעלות על ידי אדנילט ציקלאז יכולות להפעיל מספר גדול בהרבה של מולקולות בשלב הבא של תגובת המפל, שהיא דרך להגביר את התגובה.

לבסוף, בזכות זה מַנגָנוֹןכמות זניחה של ההורמון הפועלת על פני קרום התא מעוררת מפל עוצמתי של תגובות הפעלה.

אם ההורמון יוצר אינטראקציה עם קוֹלֵטבשילוב עם חלבון G מעכב (Gi-protein), הדבר מפחית את היווצרות cAMP וכתוצאה מכך מפחית את פעילות התא. לכן, בהתאם לאינטראקציה של ההורמון עם הקולטן המזוהה עם חלבון ה-G המפעיל או המעכב, ההורמון יכול להגדיל או להפחית את ריכוז ה-cAMP והזרחון של חלבוני תאי מפתח.

ספֵּצִיפִיוּת השפעה, שנצפה בתגובה לעלייה או ירידה ב-cAMP בתאים שונים, תלוי באופי המנגנונים התוך-תאיים: לתאים מסוימים יש קבוצה אחת של אנזימים, לאחרים יש קבוצה אחרת. בהקשר זה, התגובות המתעוררות בתאי המטרה הן מגוונות. לדוגמה, התחלת הסינתזה של תרכובות כימיות ספציפיות גורמת להתכווצות שרירים או הרפיה, או לתהליכי הפרשה בתאים או לשינוי בחדירות הממברנה.

תאי בלוטת התריס, המופעל על ידי cAMP, יוצרים הורמונים מטבוליים - תירוקסין או triiodothyronine, בעוד אותו cAMP בתאי בלוטות יותרת הכליה מוביל לסינתזה של הורמונים סטרואידים של קליפת יותרת הכליה. בתאים של המנגנון הצינורי של הכליות, cAMP מגביר את החדירות למים.