Цитозольный механизм действия (для стероидных, тиреоидных гормонов, витамина д, ретиноевой к-ты)

Г

М

АКТИВАЦИЯ РЕЦЕПТОРА

ЕМБРАНА

ЦИТОЗОЛЬ

N-конец ДНК-связ. С-конец

Экспрессия генов домен Гормонсвязующ.домен

В

↑ сродство к ДНК

нутриклеточный рецептор

Связывается со специф. геном в ядре

Регуляция экспрессии генов

Синтез белка-фермента

КЛЕТКИ-МИШЕНИ

Мембранно-опосредованный механиз действия а г Длительное действие гормона Десенсибилизация р денилатциклазная система

Р

7-тмс

Β_1-адренорецепторы

Β₂- адренорецепторы

Д₁- рецепторы

Инактивация Р

Вместе с Г в клетку с помощью эндоцтоза

МЕМБРАНА КЛЕТКИ

α

β

γ

ГДФ

Диссоциация ГДФ

Образование исходного неактивного G-белка

Образуется короткоживущий комплекс

[Г+ Р+G-белок, не связанный с нуклеотидом]

Увеличивается сродство к βγ

Уменьшается сродство к АЦ

Связывается с ГТФ

Уменьшается сродство рецептора к G-белку

α -ГДФ

α -ГТФ

ДИССОЦИАЦИЯ КОМПЛЕКСА

Р

α -ГТФ

βγ

В то же время повысилась ГТФ-азная активность α субъединицы

Активация АДЕНИЛАТЦИКЛАЗЫ

АМФ

АТФ

цАМФ

Активация Са-зависимых ФДЭ

Инактивация протеинкиназы

R

C

ПРОТЕИНКИНАЗА А неактивная

R

C

↑Са в клетке

Диссоциация

цАМФ+ R2

С

С

Фосфорилирование Са-зависимых каналов

Каталитические субъединицы

Фосфорилирование белков по серину и треонину

Завершение «выключения системы»

ФОСФОПРОТЕИНФОСФАТАЗА

Дефосфорилирует белки

Изменение конформации и активности фосфорилированных белков

И г нозитолфосфатная система

R

Изменение конфигурации

↑ сродства к G-белку

[Г+R+G-белок]

Диссоциация ГДФ

Образуется короткоживущий комплекс

[Г+ Р+G-белок, не связанный с нуклеотидом]

Связывается с ГТФ

Уменьшается сродство рецептора к G-белку

ДИССОЦИАЦИЯ КОМПЛЕКСА

Р

α -ГТФ

βγ

Активация ФОСФОЛИПАЗЫ С

Гидролиз мембранных фасфатидил-инозитол-4,5-бифосфатов

Дальнейший гидролиз до арахидоновой к-ты

ИФ-3

ДАГ

Выходит в цитозоль

Остается в мембране

Завершение «выключения системы»

ФОСФОПРОТЕИНФОСФАТАЗА

Дефосфорилирует белки

Связывается с центрами Са-каналов мембран ЭР

Протеинкиназа с неактивная

Са выходит в цитозоль

Изменение конформации и активности фосфорилированных белков

Связывается с фосфатидилсерином

+кальмодулин (внутриклеточный рецептор Са)

[ПКС+Са+ДАГ+ФС ] (активная ПКС)

Фосфорилирование белков

КАЛЬМОДУЛИН +4Са

Активация Na/Ca и H/Ca-транслоказы и Са-АТФ-азы ЭР

↓Са в клетке

Изменение конформации

Активация Са-кальмодулин-зав. протеинкиназ

СПОСОБЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ СИГНАЛОВ И КЛЕТОК МИШЕНЕЙ:

1) гормональное или гемокринное, т.е. действие на клетки, расположенные далеко от источника сигналов и использующие кровообращение для переноса сигнала от клетки производителя до отдаленной клетки - мишени.

2) изокринное, или местное, когда химическое вещество, синтезированное в одной клетке, оказывает действие на клетку, расположенную в тесном контакте с первой, и высвобождение этого вещества осуществляется в межтканевую жидкость и кровь;

3) нейрокринное, или нейроэндокринное (синаптическое и несинаптическое), действие, когда гормон, высвобождаясь из нервных окончаний, выполняет функцию нейротрансмиттера или нейромодулятора, т.е. вещества, изменяющего (обычно усиливающего) действие нейротрансмиттера;

4) паракринное — разновидность изокринного действия, но при этом гормон, образующийся в одной клетке, поступает в межклеточную жидкость и влияет на ряд клеток, расположенных в непосредственной близости;

5) юкстакринное – разновидность паракринного действия, когда гормон не попадает в межклеточную жидкость, а сигнал передается через плазматическую мембрану рядом расположенной клетки.

6) аутокринное действие, когда высвобождающийся из клетки гормон оказывает влияние на ту же клетку, изменяя ее функциональную активность;

7 ) солинокринное действие, когда гормон из одной клетки поступает в просвет протока и достигает таким образом другой клетки, оказывая на нее специфическое воздействие (например, некоторые желудочно-кишечные гормоны).

ОСНОВЫ ГОРМОНАЛЬНОГО СИГНАЛА:

1. Специфичность, которая обеспечивается комплементарностью между структурой сигнальной молекулы а и активного центра рецептора. (Сигнальная молекула комплементарна активному центру рецептора; другие сигналы не комплементарны)

2. Кооперативность во взаимодействии лиганда и рецептора дает в результате большие изменения в активности рецептора при минимальной концентрации лиганда

3. Усиление (амплификация) сигнала. Когда ферменты активируют другие ферменты, число вовлекаемых молекул увеличивается в геометрической прогрессии в ферментных каскадах. Если бы сигнальные молекулы прямо взаимодействовали с исполнительными элементами , то это потребовало бы огромных количеств сигнальных молекул, перемещаемых по крови от места их образования к клеткам мишеням. Выход из этого положения - в создании механизмов усиления сигнала, с привлечением специальных ферментов и молекул, получивших название вторичных посредников

4. «выключение» действия сигнала. Это достигается разными приемами, включенными в механизм передачи сигнала. Активирование рецептора при взаимодействии с сигнальной молекулой одновременно включает механизм обратной связи, который отключает рецептор (например, путем фосфорилирования молекулы рецептора) или удаляет рецептор с поверхности клетки (путем эндоцитоза) или используются специальные белки, прерывающие передачу сигнала

5. Интеграция, способность системы, получая многочисленные и разнообразные сигналы, выдавать интегрированный ответ, соответствующий потребностям клетки или организма.

РЕЦЕПТОРЫ — это генетически детермини­рованные макромолекулярные сенсоры (простые белки, глико-и липопротеины), локализованные в специализированных об­разованиях клетки (плазматическая мембрана, цитозоль, ядро), обеспечивающие при специфическом взаимодействии с физиологически значимыми сигналами химической и физи­ческой природы трансформацию и передачу заключенной в них информации на пострецепторные структуры, инициируя каскад биохимических и / или фи­зико-химических процессов, приводящих к конкретному ответу клетки-мишени на раздражитель.

Две группы:

• рецепторы плазматической мембраны

• внутриклеточные рецепторы .

1. Рецепторы плазматической мембраны клеток обеспечивают узнавание, связывание и передачу регуляторного сигнала внутрь клетки и относятся к одному из трех суперсемейств.

1. 7-сегментные трансмембранные рецепторы (7-transmembrane segment receptots ) 7-TMС являются ин­тегральными мембранными белками с семью трансмембран­ными спиральными сегментами, соединенными гидрофильными внеклеточными и внутриклеточными петлями. Внутриклеточные петли этих рецепторов содержат центры связы­вания G-белка. Поэтому 7-TMС рецепторы иногда называют рецепторами, связанными с G-белком (G-protein-coupled receptors — GPCRs), а по форме расположения полипептидной цепи в мембране, напоминающей змею – серпентиновыми рецепторами. При связывании лиганда эти рецепторы косвенно активируют (через связанный с ним G-белок) ферменты внутри клеток, которые катализируют образование внутриклеточных вторичных посредников.

2. Односегментные трансмембранные каталитически» ре­цепторы (single -transmembrane segment receptors ) 1-TMС — являются интегральными мембранными белками с одним трансмембранным сегментом и глобулярными доменами на экстраклеточной и внутриклеточной поверхностях мембраны. Внеклеточный домен содержит участок узнавания и связы­вания лиганда, а внутриклеточный домен, инициирующий кас­кад биохимических реакций в клетке в ответ на образование лигандорецепторного комплекса, обладает каталитической ак­тивностью (гуанилатцикпазной, тирозинкиназной и др.) Когда один из таких рецепторов активируется внеклеточным лигандом, его внутриклеточный домен катализирует образование внутриклеточных вторичных посредников

3. Каналообразующие рецепторы (channel-forming receptors) — состоят из ассоциированных белковых субъединиц, каждая из которых содержит несколько трансмембранных сегментов . Эти олигомерные структуры являются лигандозависимыми ионными каналами. Лигандами таких ион­ных каналов обычно являются нейромециаторы Это самые простые сигнальные преобразователи, которые открываются и закрываются (отсюда термин "ворота") в ответ на присоединение химических лигандов или изменений трансмембранного потенциала.

2. Внутриклеточные рецепторы расположены в цитозоле или ядре и после связывания со своими специфическими лигандами (примером может служить рецептор стероидного гормона эстрогена), изменяют скорость транскрипции специфических генов и трансляции их с образованием белков.

1. Мембранные рецепторы

1. 7ТМС рецепторы взаимодействуют с гетеротримерными G –белками

2. 1ТМС рецепторы

   • Рецепторы со свойствами гуанилатциклазы

   • Рецепторы со свойствами тирозинкиназы

   • Рецепторы, взаимодействующие с тирозинкиназами

   • Рецепторы со свойствами протеинфосфатаз

• Рецепторы со свойствами СЕР/ТРЕ протеинкиназ

3. Ионные каналы

   • Лигандзависимые

   • Потенциалзависимые

   • Щелевые контакты

2. Ядерные и цитозольные рецепторы

• Класс I – ядерные или цитоплазматические, без лиганда связаны с белками теплового шока

• Класс II - ядерные, не связаны с белками теплового шока

Схематическое изображение структуры -адренэргического рецептора, относящегося к суперсемейству 7-ТМС, , включающего 3 подсемейства: 1) подсемейство -адренергического рецептора; 2) подсемейство секретиноподобных рецеторов; 3) подсемейство метаботропнык глутаматных рецепторов.

G-БЕЛКИ-это семейство белков, относящихся кГТФазам и функционирующих в качестве вторичных посредников во внутриклеточных сигнальных каскадах. в своём сигнальном механизме они используют замену GDP на GTP как молекулярный функциональный «выключатель» для регулировкиклеточных процессов.

Типы G-белков

1. Гетеротримерные ( иногда гетеротетрамерные) «большие»— это белки с четвертичной структурой, состоящие из трёх субъединиц: альфа(α), бета (β) и гамма (γ). 

2. Малые G-белки — это белки из одной полипептидной цепи, они имеют молекулярную массу 20—25 кДа и относятся к суперсемейству Ras малых ГТФаз

ПРОТЕИНКИНАЗЫ А - гетеромеры, состоящие из 2-х каталитических (С₂) и одной регуляторной субъединицы, состоящей из двух полипептидных цепей (R₂).

Были выделены 3 типа каталитических (α,β,γ ) субъединиц и два типа регуляторных (I и II). Холоэнзимы R₂С₂ неактивны. Присоединение цАМФ вызывает диссоциацию фермента. При этом каталитические субъединицы освобождаются и начинают активно катализировать перенос фосфорного остатка с АТФ на определенные остатки серина или треонина некоторых белков органа- мишени.

Инозитолфосфатная система

Взаимосвязь цАМФ и ИФ3 зависимых путей передачи сигналов.

Большинство эффектов цГМФ, как предполагают, опосредуется цГМФзависимой протеинкиназой, также называемой протеинкиназой G или ПкG, которая фосфорилирует остатки Сер и Тре в белках- мишенях после ее активирования цГМФ. Каталитические и регулирующие домены этого фермента расположены на одном полипептиде. (ММ. 80,000). Связывание цГМФ активирует каталитический домен. Ц ГМФ обладает и другим действием. Оно проявляется в механизмах восприятия света: цГМФ стимулирует открытие специфичных ионных каналов в палочках и колбочках сетчатки. И наконец, цГМФ - активатор фосфодиэстераз, катализирующих гидролиз цАМФ и тем самым значительно снижающим эффект цАМФ опосредованных путей передачи сигнала в клетки.

Обычным прикладным принципом регуляции секреции гормона является ПРИНЦИП ОТРИЦАТЕЛЬНОЙ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ: сам гормон непосредственно или косвенно тормозит свою дальнейшую секрецию.

• например, инсулин секретируется  клетками поджелудочной железы в ответ на увеличение уровня глюкозы в крови и его действие направлено на повышение усвоения глюкозы клетками, что приводит к снижению уровня глюкозы крови. Последнее является сигналом для уменьшения секреции инсулина.

Однако в регуляции секреции некоторых гормонов может быть и ПРИНЦИП ПОЛОЖИТЕЛЬНОЙ ОБРАТНОЙ связи, при котором гормон непосредственно или косвенно вызывает дополнительную секрецию гормона.

• например, выброс лютеинизирующего гормона (ЛГ) перед овуляцией - результат положительной обратной связи влияния эстрогенов на переднюю долю гипофиза, ЛГ затем действует на яичники и усиливает секрецию эстрогенов.