Glasnici- tvari niske molekularne težine koje prenose signale hormona unutar stanice. Imaju visoku brzinu kretanja, cijepanja ili uklanjanja (Ca 2+, cAMP, cGMP, DAG, ITF).

Povrede razmjene glasnika dovode do ozbiljnih posljedica. Na primjer, forbol esteri, koji su analozi DAG-a, ali se za razliku od njih ne razgrađuju u tijelu, doprinose razvoju malignih tumora.

kamp otkrio Sutherland 1950-ih. Za ovo otkriće dobio je Nobelovu nagradu. cAMP je uključen u mobilizaciju energetskih rezervi (razgradnja ugljikohidrata u jetri ili triglicerida u masnim stanicama), u retenciji vode u bubrezima, u normalizaciji metabolizma kalcija, u povećanju snage i učestalosti srčanih kontrakcija, u stvaranje steroidnih hormona, u opuštanju glatkih mišića, i tako dalje.

cGMP aktivira PC G, PDE, Ca 2+ -ATPazu, zatvara Ca 2+ kanale i smanjuje razinu Ca 2+ u citoplazmi.

Enzimi

Enzimi kaskadnih sustava kataliziraju:

• stvaranje sekundarnih medijatora hormonskog signala;
• aktivacija i inhibicija drugih enzima;
• transformacija supstrata u proizvode;

Adenilat ciklaza (AC)

Glikoprotein mase 120 do 150 kDa, ima 8 izoformi, ključni enzim sustava adenilat ciklaze, s Mg 2+ katalizira stvaranje sekundarnog glasnika cAMP iz ATP-a.

AC sadrži 2-SH skupine, jednu za interakciju s G-proteinom, drugu za katalizu. AC sadrži nekoliko alosteričnih centara: za Mg 2+ , Mn 2+ , Ca 2+ , adenozin i forskolin.

Prisutan u svim stanicama, nalazi se na unutra stanična membrana. Aktivnost AC kontroliraju: 1) izvanstanični regulatori - hormoni, eikozanoidi, biogeni amini preko G-proteina; 2) unutarstanični regulator Ca 2+ (4 Ca 2+ ovisne izoforme AC se aktiviraju Ca 2+).

Protein kinaza A (PC A)

PK A je prisutan u svim stanicama, katalizira reakciju fosforilacije OH skupina serina i treonina regulatornih proteina i enzima, sudjeluje u sustavu adenilat ciklaze, a stimulira ga cAMP. PC A sastoji se od 4 podjedinice: 2 regulatorne R(težine 38000 Da) i 2 katalitička S(težina 49000 Da). Svaka regulacijska podjedinica ima po 2 cAMP vezna mjesta. Tetramer nema katalitičku aktivnost. Vezanje 4 cAMP na 2 R podjedinice dovodi do promjene njihove konformacije i disocijacije tetramera. Pritom se oslobađaju 2 aktivne katalitičke podjedinice C koje kataliziraju reakciju fosforilacije regulatornih proteina i enzima čime se mijenja njihova aktivnost.

Protein kinaza C (PC C)

PC C sudjeluje u inozitol trifosfatnom sustavu i stimuliran je Ca 2+, DAG i fosfatidilserinom. Ima regulatornu i katalitičku domenu. PC C katalizira reakciju fosforilacije enzimskih proteina.

Protein kinaza G (PC G) nalaze se samo u plućima, malom mozgu, glatke mišiće i trombocita, sudjeluje u sustavu gvanilat ciklaze. PC G sadrži 2 podjedinice, stimuliran cGMP-om, katalizira reakciju fosforilacije enzimskih proteina.

Fosfolipaza C (PL C)

Hidrolizira fosfoestersku vezu u fosfatidilinozitolima uz stvaranje DAG i IP 3, ima 10 izoformi. FL C je reguliran preko G-proteina i aktiviran Ca 2+.

fosfodiesteraza (PDE)

PDE pretvara cAMP i cGMP u AMP i GMP inaktivacijom sustava adenilat ciklaze i gvanilat ciklaze. PDE se aktivira Ca 2+, 4Ca 2+ -kalmodulinom, cGMP.

NEMA sintaze je složeni enzim, koji je dimer, na svaku podjedinicu od kojih je vezano nekoliko kofaktora. NO sintaza ima izoforme.

Većina stanica ljudskog i životinjskog tijela sposobna je sintetizirati i otpuštati NO, no tri su stanične populacije najviše proučavane: endotel krvne žile, neurona i makrofaga. Prema tipu sintetizirajućeg tkiva, NO sintaza ima 3 glavne izoforme: neuronsku, makrofagnu i endotelnu (označene kao NO sintaza I, II i III).

Neuronske i endotelne izoforme NO sintaze stalno su prisutne u stanicama u velike količine, te sintetiziraju NO u fiziološkim koncentracijama. Aktivira ih kompleks kalmodulin-4Ca 2+.

NO sintaza II normalno je odsutna u makrofagima. Kada su makrofagi izloženi lipopolisaharidima mikrobnog podrijetla ili citokinima, sintetiziraju veliku količinu NO-sintaze II (100-1000 puta više od NO-sintaze I i III), koja proizvodi NO u toksičnim koncentracijama. Glukokortikoidi (hidrokortizon, kortizol), poznati po svom protuupalnom djelovanju, inhibiraju ekspresiju NO-sintaze u stanicama.

Radnja BR

NO je plin male molekularne mase, lako prodire kroz stanične membrane i komponente međustanične tvari, ima visoku reaktivnost, poluživot mu je prosječno ne duži od 5 s, udaljenost moguće difuzije je mala, prosječno 30 μm .

U fiziološkim koncentracijama NO ima snažan vazodilatacijski učinak.:

Endotel neprestano proizvodi male količine NO.

Pod različitim utjecajima - mehaničkim (na primjer, s povećanom strujom ili pulsiranjem krvi), kemijskim (lipopolisaharidi bakterija, citokini limfocita i trombocita itd.) - sinteza NO u endotelnim stanicama značajno se povećava.

· NO iz endotela difundira u susjedne glatke mišićne stanice stijenke žile, u njima aktivira gvanilat ciklazu koja nakon 5s sintetizira cGMP.

cGMP dovodi do smanjenja razine iona kalcija u citosolu stanica i slabljenja veze između miozina i aktina, što omogućuje opuštanje stanica nakon 10 sekundi.

Na ovom principu djeluje lijek nitroglicerin. Prilikom razgradnje nitroglicerina nastaje NO, što dovodi do širenja krvnih žila srca i kao rezultat toga ublažava osjećaj boli.

NO regulira lumen cerebralnih žila. Aktivacija neurona u bilo kojem području mozga dovodi do ekscitacije neurona koji sadrže NO sintazu i/ili astrocita, u kojima također može biti inducirana sinteza NO, a plin koji se oslobađa iz stanica dovodi do lokalne vazodilatacije u području ​uzbuđenje.

NO je uključen u razvoj septičkog šoka, kada veliki broj mikroorganizama koji cirkuliraju u krvi naglo aktiviraju sintezu NO u endotelu, što dovodi do dugotrajnog i snažnog širenja malih krvnih žila i, kao rezultat, značajnog smanjiti se krvni tlak teško terapijski liječiti.

U fiziološkim koncentracijama NO poboljšava reološka svojstva krvi.:

NO koji nastaje u endotelu sprječava prianjanje leukocita i trombocita na endotel i također smanjuje agregaciju potonjeg.

NO može djelovati kao čimbenik protiv rasta koji sprječava proliferaciju glatkih mišićnih stanica u zidu krvnih žila, važnu kariku u patogenezi ateroskleroze.

U visokim koncentracijama NO ima citostatski i citolitički učinak na stanice (bakterijske, kancerogene itd.) i to:

· interakcija NO s radikalnim superoksidnim anionom proizvodi peroksinitrit (ONOO-), koji je jako toksično oksidacijsko sredstvo;

NO se snažno veže na heminsku skupinu enzima koji sadrže željezo i inhibira ih (inhibicija enzima mitohondrijske oksidativne fosforilacije blokira sintezu ATP-a, inhibicija enzima replikacije DNA pridonosi nakupljanju oštećenja u DNA).

NO i peroksinitrit mogu izravno oštetiti DNK, što dovodi do aktivacije obrambeni mehanizmi, posebice stimulacija enzima poli(ADP-riboza) sintetaze, što dodatno smanjuje razinu ATP-a i može dovesti do stanična smrt(putem apoptoze).

Slične informacije.

Općenite ideje o putovima prijenosa signala

Za većinu regulacijskih molekula između njihovog vezanja na membranski receptor i konačnog odgovora stanice, tj. promjenom njegovog rada uglavljuje se složeni niz događaja - određeni putovi prijenosa signala, inače tzv putevi prijenosa signala.

Regulatorne tvari obično se dijele na endokrine, neurokrine i parakrine. Endokrini regulatori (hormoni) luče endokrine stanice u krv i njome prenose do ciljnih stanica, koje se mogu nalaziti bilo gdje u tijelu. neurokrini regulatore oslobađaju neuroni u neposrednoj blizini ciljnih stanica. parakrini tvari se oslobađaju malo dalje od meta, ali još uvijek dovoljno blizu njih da dođu do receptora. Parakrine tvari izlučuje jedna vrsta stanica, a djeluje na drugu, no u nekim slučajevima regulatori su usmjereni na stanice koje su ih izlučile ili susjedne stanice iste vrste. To se zove autokrini regulacija.

U nekim slučajevima, posljednja faza prijenosa signala sastoji se od fosforilacije određenih efektorskih proteina, što dovodi do povećanja ili inhibicije njihove aktivnosti, a to zauzvrat određuje stanični odgovor potreban tijelu. Provodi se fosforilacija proteina protein kinaza, i defosforilacije protein fosfataza.

Promjene u aktivnosti protein kinaze rezultat su vezanja regulatorne molekule (općenito nazvane ligand) sa svojim membranskim receptorom, koji pokreće kaskade događaja, od kojih su neki prikazani na slici (Sl. 2-1). Aktivnost različitih protein kinaza regulira receptor ne izravno, već putem sekundarni glasnici(sekundarni posrednici), a to su npr. ciklički AMP (cAMP), ciklički GMP (cGMP), Ca 2+, inozitol-1,4,5-trifosfat (IP 3) i diacilglicerol (DAG). U ovom slučaju, vezanje liganda na membranski receptor mijenja unutarstaničnu razinu drugog glasnika, što zauzvrat utječe na aktivnost protein kinaze. Mnogi regulatori-

specifične molekule utječu na stanične procese putem putova prijenosa signala koji uključuju heterotrimerni GTP-vezujući proteini (heterotrimerni G-proteini) ili monomerni GTP-vezujući proteini (monomerni G-proteini).

Kada se molekule liganda vežu na membranske receptore koji stupaju u interakciju s heterotrimernim G proteinima, G protein se prebacuje u aktivno stanje vezanjem na GTP. Aktivirani G protein tada može komunicirati s mnogima efektorski proteini. posebno enzima kao što su adenilat ciklaza, fosfodiesteraza, fosfolipaze C, A 2 i D. Ova interakcija pokreće lance reakcija (Slika 2-1) koje rezultiraju aktivacijom različitih protein kinaza, kao što su protein kinaza A (PKA), protein kinaza G (PKG), protein kinaza C (PIS).

Općenito govoreći, put prijenosa signala koji uključuje G-proteine ​​- protein kinaze uključuje sljedeće korake.

1. Ligand se veže za receptor na staničnoj membrani.

2. Receptor vezan za ligand, u interakciji s G-proteinom, aktivira ga, a aktivirani G-protein veže GTP.

3. Aktivirani G-protein stupa u interakciju s jednim ili više sljedećih spojeva: adenilat ciklaza, fosfodiesteraza, fosfolipaze C, A 2 , D, aktivirajući ih ili inhibirajući.

4. Unutarstanična razina jednog ili više sekundarnih glasnika, kao što su cAMP, cGMP, Ca 2+, IP 3 ili DAG, raste ili pada.

5. Povećanje ili smanjenje koncentracije drugog glasnika utječe na aktivnost jedne ili više protein kinaza ovisnih o njemu, kao što su cAMP-ovisna protein kinaza (protein kinaza A), cGMP-ovisna protein kinaza (PCG), protein kinaza ovisna o kalmodulinu(CMPC), protein kinaza C. Promjena koncentracije drugog glasnika može aktivirati jedan ili drugi ionski kanal.

6. Razina fosforilacije enzima ili ionskog kanala se mijenja, što utječe na aktivnost ionskog kanala, uzrokujući konačni odgovor stanice.

Riža. 2-1. Neke kaskade događaja koji se ostvaruju u stanici zahvaljujući sekundarnim medijatorima.

Oznake: * - aktivirani enzim

Membranski receptori povezani s G proteinima

Membranski receptori koji posreduju u aktivaciji G-proteina ovisnoj o agonistu čine posebnu obitelj proteina s više od 500 članova. Uključuje α- i β-adrenergičke, muskarinske acetilkolin, serotonin, adenozin, olfaktorne receptore, rodopsin, kao i receptore za većinu peptidnih hormona. Članovi obitelji receptora povezanih s G proteinom imaju sedam transmembranskih α-spirala (Slika 2-2A), od kojih svaka sadrži 22-28 pretežno hidrofobnih aminokiselinskih ostataka.

Za neke ligande, kao što su acetilkolin, epinefrin, norepinefrin i serotonin, poznati su različiti podtipovi receptora vezanih na G protein. Često se razlikuju po afinitetu prema kompetitivnim agonistima i antagonistima.

Slijedi (slika 2-2 B) molekularna organizacija adenilat ciklaze, enzima koji proizvodi cAMP (prvi otvoreni sekundarni glasnik). Regulacijski put adenilat ciklaze smatra se klasičnim putem prijenosa signala posredovanim G-proteinom.

Adenilil ciklaza služi kao osnova za pozitivnu ili negativnu kontrolu putova prijenosa signala preko G proteina. U pozitivnoj kontroli, vezanje stimulirajućeg liganda, kao što je epinefrin, koji djeluje preko β-adrenergičkih receptora, dovodi do aktivacije heterotrimernih G proteina s α podjedinicom tipa as ("s" označava stimulaciju). Aktivacija Gs-tipa G proteina ligand-spregnutim receptorom uzrokuje da njegova podjedinica veže GTP i zatim se odvoji od βγ-dimera.

Slika 2-2B prikazuje kako fosfolipaza C cijepa fosfatidilinozitol 4,5-difosfat u inozitol-1,4,5-trifosfat i diacilglicerol. Obje tvari, inozitol-1,4,5-trifosfat i diacilglicerol, sekundarni su glasnici. IP3 se veže na specifične, o ligandu ovisne Ca 2+ kanale endoplazmatskog retikuluma i otpušta Ca 2+ iz njega; povećava koncentraciju Ca 2+ u citosolu. Diacilglicerol, zajedno s Ca 2+, aktivira drugu važnu klasu protein kinaza, protein kinazu C.

Zatim je prikazana struktura nekih sekundarnih glasnika (sl. 2-2 D-F): cAMP, GMF,

cGMP.

Riža. 2-2. Primjeri molekularne organizacije nekih struktura uključenih u putove prijenosa signala.

A je receptor stanične membrane koji veže ligand na vanjskoj površini i heterotrimerni G-protein unutar. B - molekularna organizacija adenilat ciklaze. B - struktura fosfatidilinozitol-4,5-difosfata i inozitol-1,4,5-trifosfata nastalih pod djelovanjem fosfolipaze C i diacilglicerola. D - struktura 3",5"-cikličkog AMP (aktivatora protein kinaze A). D - struktura HMF. E - struktura 3",5"-cikličkog GMF (aktivator protein kinaze G)

Heterotrimerni G proteini

Heterotrimerni G-protein sastoji se od tri podjedinice: α (40 000-45 000 Da), β (oko 37 000 Da) i γ (8 000-10 000 Da). Sada je poznato da oko 20 različitih gena kodira ove podjedinice, uključujući najmanje četiri gena β-podjedinice sisavaca i približno sedam gena γ-podjedinica sisavaca. Funkcija i specifičnost G proteina obično je, iako ne uvijek, određena njegovom α podjedinicom. U većini G proteina, β i γ podjedinice su čvrsto povezane. Neki heterotrimerni G proteini i putovi transdukcije u koje su uključeni navedeni su u tablici 1. 2-1.

Heterotrimerni G proteini posreduju između receptora plazma membrane za više od 100 izvanstaničnih regulatornih tvari i unutarstaničnih procesa koje kontroliraju. Općenito govoreći, vezanje regulatorne tvari na njezin receptor aktivira G protein, koji ili aktivira ili inhibira enzim i/ili uzrokuje niz događaja koji dovode do aktivacije određenih ionskih kanala.

Na sl. 2-3 prikazuje opći princip rada heterotrimernih G-proteina. U većini G proteina, α podjedinica je "radna jedinica" heterotrimernih G proteina. Aktivacija većine G proteina rezultira konformacijskom promjenom ove podjedinice. Neaktivni G proteini postoje uglavnom u obliku αβγ heterotrimera,

s GDP-om na pozicijama vezanja nukleotida. Interakcija heterotrimernih G-proteina s receptorom vezanim za ligand dovodi do transformacije α-podjedinice u aktivni oblik s povećanim afinitetom za GTP i smanjenim afinitetom za βγ-kompleks. Kao rezultat toga, aktivirana α-podjedinica oslobađa GDP, pričvršćuje GTP, a zatim se odvaja od βγ-dimera. U većini G proteina, disocirana α podjedinica tada stupa u interakciju s efektorskim proteinima u putu prijenosa signala. Međutim, u nekim G proteinima, oslobođeni βγ-dimer može biti odgovoran za neke ili sve učinke kompleksa receptor-ligand.

Rad nekih ionskih kanala izravno je moduliran G-proteinima; bez sudjelovanja sekundarnih glasnika. Na primjer, vezanje acetilkolina na muskarinske M2 receptore u srcu i nekim neuronima dovodi do aktivacije posebne klase K+ kanala. U ovom slučaju, vezanje acetilkolina na muskarinske receptore dovodi do aktivacije G proteina. Njegova aktivirana α-podjedinica zatim se odvaja od βγ-dimera, a βγ-dimer izravno stupa u interakciju s posebnom klasom K + kanala, dovodeći ih u otvoreno stanje. Vezanje acetilkolina za muskarinske receptore, što povećava K+ vodljivost stanica pacemakera u sinoatrijalnom čvoru srca, jedan je od glavnih mehanizama kojima parasimpatički živci uzrokuju smanjenje brzine otkucaja srca.

Riža. 2-3. Princip rada heterotrimernih GTP-vezujućih proteina (heterotrimernih G-proteina).

Tablica 2-1.Neki heterotrimerni GTP-vezujući proteini sisavaca klasificirani na temelju njihovih α-podjedinica*

* Unutar svake klase α-podjedinica razlikuje se nekoliko izoformi. Identificirano je više od 20 α-podjedinica.

Monomerni G proteini

Stanice sadrže drugu obitelj GTP-vezujućih proteina tzv monomerni GTP-vezujući proteini. Također su poznati kao G-proteini niske molekularne težine ili male G proteine(molekulska težina 20 000-35 000 Da). Tablica 2-2 navodi glavne podklase monomernih GTP-vezujućih proteina i neka njihova svojstva. Ras-slični i Rho-slični monomerni GTP-vezujući proteini uključeni su u put prijenosa signala u fazi prijenosa signala od tirozin kinaze receptora faktora rasta do intracelularnih efektora. Među procesima reguliranim putovima prijenosa signala, u koje su uključeni monomerni GTP-vezujući proteini, spada produljenje polipeptidnog lanca tijekom sinteze proteina, proliferacija i diferencijacija stanica, njihova maligna transformacija, kontrola aktinskog citoskeleta, komunikacija između citoskeleta

i izvanstanični matriks, transport vezikula između različitih organela i egzocitotička sekrecija.

Monomerni GTP-vezujući proteini, kao i njihovi heterotrimerni parnjaci, molekularni su prekidači koji postoje u dva oblika - aktivirani "on" i inaktivirani "off" (Slika 2-4 B). Međutim, aktivacija i inaktivacija monomernih GTP-vezujućih proteina zahtijeva dodatne regulatorne proteine, koji, koliko znamo, nisu potrebni za rad heterotrimernih G-proteina. Aktiviraju se monomerni G proteini proteini koji otpuštaju guanin-nukleotide, ali su inaktivirani Proteini koji aktiviraju GTPazu. Stoga je aktivacija i inaktivacija monomernih GTP-vezujućih proteina kontrolirana signalima koji mijenjaju aktivnost proteini koji oslobađaju gvanin-nukleotide ili Proteini koji aktiviraju GTPazu nego izravnim djelovanjem na monomerne G-proteine.

Riža. 2-4. Princip rada monomernih GTP-vezujućih proteina (monomerni G-proteini).

Tablica 2-2.Podfamilije monomernih GTP-vezujućih proteina i neki unutarstanični procesi regulirani njima

Mehanizam rada heterotrimernih G-proteina

Neaktivni G proteini postoje prvenstveno u obliku αβγ heterotrimera, s GDP-om na njihovim nukleotidnim vezanim pozicijama (Slika 2-5A). Interakcija heterotrimernih G-proteina s receptorom vezanim za ligand dovodi do transformacije α-podjedinice u aktivni oblik, koji ima povećani afinitet za GTP i smanjeni afinitet za βγ-kompleks (Sl. 2-5 B ). U većini heterotrimernih G proteina, α-podjedinica je struktura za prijenos informacija. Aktivacija većine G proteina dovodi do konformacijske promjene u α podjedinici.

Kao rezultat toga, aktivirana α-podjedinica oslobađa GDP, pričvršćuje GTP (Slika 2-5C), a zatim se odvaja od βγ-dimera (Slika 2-5D). U većini G-proteina, disocirana α-podjedinica odmah stupa u interakciju s efektorskim proteinima (E 1) u putu prijenosa signala (Slika 2-5D). Međutim, u nekim G proteinima, oslobođeni βγ-dimer može biti odgovoran za sve ili neke od učinaka kompleksa receptor-ligand. Tada βγ-dimer stupa u interakciju s efektorskim proteinom E 2 (Sl. 2-5 E). Nadalje je pokazano da članovi RGS obitelji G-proteina stimuliraju hidrolizu GTP (Slika 2-5 E). Ovo deaktivira α podjedinicu i kombinira sve podjedinice u αβγ heterotrimer.

Riža. 2-5. Ciklus rada heterotrimernog G-proteina, koji pokreće daljnji lanac događaja uz pomoć svojihα -podjedinice.

Oznake: R - receptor, L - ligand, E - efektorski protein

Putevi prijenosa signala kroz heterotrimerne G proteine

Slika 2-6A prikazuje tri liganda, njihove receptore povezane s različitim G proteinima i njihove molekularne mete. Adenilat ciklaza je osnova za pozitivnu ili negativnu kontrolu putova prijenosa signala koji su posredovani G proteinima. U pozitivnoj kontroli, vezanje stimulirajućeg liganda, kao što je norepinefrin, koji djeluje preko β-adrenergičkih receptora, dovodi do aktivacije heterotrimernih G proteina s α-podjedinicom tipa α-S ("s" označava stimulaciju). Stoga se takav G protein naziva G protein G S tipa. Aktivacija G s -tipa G proteina ligand-spregnutim receptorom uzrokuje da njegova α s podjedinica veže GTP i zatim se odvoji od β γ dimera.

Ostale regulatorne tvari, kao što je epinefrin, koji djeluje preko α 2 receptora, ili adenozin, koji djeluje preko α 1 receptora, ili dopamin, koji djeluje preko D 2 receptora, uključeni su u negativnu ili inhibicijsku kontrolu adenilat ciklaze. Ove regulatorne tvari aktiviraju proteine ​​G i tipa G koji imaju α podjedinicu tipa α i ("i" označava inhibiciju). Vezanje inhibitornog liganda za svoj

receptor aktivira G i -tip G-proteina i uzrokuje disocijaciju njegove α i -podjedinice od βγ-dimera. Aktivirana α i -podjedinica veže se za adenilat ciklazu i inhibira njezinu aktivnost. Osim toga, βγ-dimeri mogu vezati slobodne α s -podjedinice. Na taj način, vezanje βγ-dimera na slobodnu α s podjedinicu dodatno potiskuje stimulaciju adenilat ciklaze blokiranjem djelovanja stimulacijskih liganada.

Druga klasa izvanstaničnih agonista (Sl. 2-6 A) veže se na receptore koji aktiviraju, preko G proteina nazvanog G q, β-izoformu fosfolipaze C. On cijepa fosfatidilinozitol-4,5-difosfat (fosfolipid prisutan u malim količine u plazma membrani) u inozitol-1,4,5-trifosfat i diacilglicerol, koji su sekundarni glasnici. IP 3 se veže na specifične ligand-ovisne Ca 2+ kanale endoplazmatskog retikuluma i otpušta Ca 2+ iz njega; povećava koncentraciju Ca 2+ u citosolu. Ca 2+ kanali endoplazmatskog retikuluma uključeni su u elektromehaničko spajanje u skeletnom i srčanom mišiću. Diacilglicerol zajedno s Ca 2+ aktivira protein kinazu C. Njegovi supstrati uključuju, na primjer, proteine ​​uključene u regulaciju stanične diobe.

Riža. 2-6. Primjeri putova prijenosa signala kroz heterotrimerne G proteine.

A - u tri navedena primjera, vezanje neurotransmitera na receptor dovodi do aktivacije G-proteina i kasnijeg uključivanja putova drugog glasnika. Gs, Gq i Gi znače tri različite vrste heterotrimernih G proteina. B - regulacija staničnih proteina fosforilacijom dovodi do povećanja ili inhibicije njihove aktivnosti, a to zauzvrat određuje stanični odgovor potreban tijelu. Fosforilaciju proteina provode protein kinaze, a defosforilaciju protein fosfataze. Protein kinaza prenosi fosfatnu skupinu (Pi) s ATP-a na serinske, treoninske ili tirozinske ostatke proteina. Ova fosforilacija reverzibilno mijenja strukturu i funkciju staničnih proteina. Obje vrste enzima, kinaze i fosfataze, regulirane su različitim unutarstaničnim sekundarnim glasnicima.

Aktivacijski putevi za intracelularne protein kinaze

Interakcija heterotrimernih G-proteina s receptorom vezanim za ligand dovodi do transformacije α-podjedinice u aktivni oblik, koji ima povećani afinitet za GTP i smanjeni afinitet za βγ-kompleks. Aktivacija većine G proteina rezultira konformacijskom promjenom u α-podjedinici, koja oslobađa GDP, pričvršćuje GTP, a zatim se odvaja od βγ-dimera. Nadalje, disocirana α-podjedinica stupa u interakciju s efektorskim proteinima u putu prijenosa signala.

Slika 2-7A prikazuje aktivaciju heterotrimernih G s -tipa G proteina s α s tipom α podjedinice, koja nastaje zbog vezanja na ligand receptora i dovodi do činjenice da α s -podjedinica G s -tipa G proteini vežu GTP i zatim se odvajaju od βγ-dimera, a zatim stupaju u interakciju s adenilat ciklaza. To dovodi do povećanja razine cAMP i aktivacije PKA.

Slika 2-7B prikazuje aktivaciju heterotrimernih G t -tipa G proteina s α t tipom α podjedinice, koja nastaje zbog vezanja na ligand receptora i dovodi do činjenice da α t -podjedinica G t -tipa G proteini se aktiviraju i zatim disociraju od βγ-dimera, a zatim stupaju u interakciju s fosfodiesteraza. To dovodi do povećanja razine cGMP-a i aktivacije PKG-a.

α 1 katekolaminski receptor stupa u interakciju s G αq podjedinicom, koja aktivira fosfolipazu C. Slika 2-7B prikazuje aktivaciju heterotrimernih G αq -tip G proteina s α q tipom α-podjedinice, što se događa zbog vezanja liganda na receptor i dovodi do toga da se α q -podjedinica G-proteina G αq -tipa aktivira i zatim disocira od βγ-dimera, a zatim stupa u interakciju s fosfolipaza C. On cijepa fosfatidilinozitol-4,5-difosfat na IP 3 i DAG. To rezultira povećanjem razine IP 3 i DAG. IP 3 , vezanje na specifične Ca 2+ kanale endoplazmatskog retikuluma ovisne o ligandu,

iz njega oslobađa Ca 2+. DAG uzrokuje aktivaciju protein kinaze C. U nestimuliranoj stanici značajna količina ovog enzima nalazi se u citosolu u neaktivnom obliku. Ca 2+ uzrokuje vezanje protein kinaze C na unutarnju površinu plazma membrane. Ovdje se enzim može aktivirati dijacilglicerolom, koji nastaje tijekom hidrolize fosfatidilinozitol-4,5-difosfata. Membranski fosfatidilserin također može biti aktivator protein kinaze C ako se enzim nalazi u membrani.

Opisano je oko 10 izoformi protein kinaze C. Iako su neke od njih prisutne u mnogim stanicama sisavaca, podtipovi γ i ε nalaze se uglavnom u stanicama središnjeg živčanog sustava. Podtipovi protein kinaze C razlikuju se ne samo u distribuciji u tijelu, već, očito, u mehanizmima regulacije njihove aktivnosti. Neki od njih u nestimuliranim stanicama povezani su s plazma membranom; ne zahtijevaju povećanje koncentracije Ca 2+ za aktivaciju. Neke izoforme protein kinaze C aktiviraju arahidonska kiselina ili druge nezasićene masne kiseline.

Početna kratkotrajna aktivacija protein kinaze C događa se pod djelovanjem diacilglicerola, koji se oslobađa kada se aktivira fosfolipaza C β, a također i pod utjecajem Ca 2+ koji se iz intracelularnog skladišta oslobađa IP 3 . Dugotrajnu aktivaciju protein kinaze C pokreću fosfolipaze A 2 i D ovisne o receptoru. One prvenstveno djeluju na fosfatidilkolin, glavni membranski fosfolipid. Fosfolipaza A 2 izdvaja iz njega masnu kiselinu na drugom položaju (obično nezasićenu) i lizofosfatidilkolin. Oba ova produkta aktiviraju određene izoforme protein kinaze C. Fosfolipaza D ovisna o receptoru cijepa fosfatidilkolin u fosfatidnu kiselinu i kolin. Fosfatidna kiselina se dalje cijepa na diacilglicerol, koji je uključen u dugotrajnu stimulaciju protein kinaze C.

Riža. 2-7 (prikaz, ostalo). Osnovni principi aktivacije protein kinaze A, protein kinaze G i protein kinaze C.

Oznake: R - receptor, L - ligand

cAMP-ovisna protein kinaza (protein kinaza A) i povezani signalni putovi

U nedostatku cAMP-a, cAMP-ovisna protein kinaza (protein kinaza A) sastoji se od četiri podjedinice: dvije regulatorne i dvije katalitičke. U većini tipova stanica katalitička podjedinica je ista, dok su regulatorne podjedinice vrlo specifične. Prisutnost regulatornih podjedinica gotovo potpuno potiskuje enzimsku aktivnost kompleksa. Stoga bi aktivacija enzimske aktivnosti cAMP-ovisne protein kinaze trebala uključivati ​​odvajanje regulatornih podjedinica od kompleksa.

Aktivacija se događa u prisutnosti mikromolarnih koncentracija cAMP. Svaka regulatorna podjedinica veže dvije svoje molekule. Vezanje cAMP-a izaziva konformacijske promjene u regulatornim podjedinicama i smanjuje afinitet njihove interakcije s katalitičkim podjedinicama. Kao rezultat toga, regulatorne podjedinice se odvajaju od katalitičkih podjedinica, a katalitičke podjedinice se aktiviraju. Aktivna katalitička podjedinica fosforilira ciljane proteine ​​na određenim ostacima serina i treonina.

Usporedba aminokiselinskih sekvenci cAMP-ovisnih i drugih klasa protein kinaza pokazuje da su, unatoč velikim razlikama u njihovim regulatornim svojstvima, svi ti enzimi visoko homologni u primarnoj strukturi srednjeg dijela. Ovaj dio sadrži ATP-veznu domenu i aktivno mjesto enzima, koji osigurava prijenos fosfata od ATP-a do akceptorskog proteina. Dionice kinaza izvan ove katalitičke jezgre proteina uključene su u regulaciju aktivnosti kinaze.

Također je određena kristalna struktura katalitičke podjedinice cAMP-ovisne protein kinaze. Katalitički srednji dio molekule, koji je prisutan u svim poznatim protein kinazama, sastoji se od dva režnja. Manji udio sadrži neobično mjesto vezanja ATP-a, dok veći udio sadrži mjesto vezanja peptida. Mnoge protein kinaze također sadrže regulatornu regiju poznatu kao pseudosupstratna domena. Prema slijedu aminokiselina nalikuje fosforiliranim regijama supstratnih proteina. Pseudosupstratna domena, vezanjem na aktivno mjesto protein kinaze, inhibira fosforilaciju pravih supstrata protein kinaze. Aktivacija kinaze može uključivati ​​fosforilaciju ili nekovalentnu alosteričku modifikaciju protein kinaze da se eliminira inhibicijski učinak pseudosupstratne domene.

Riža. 2-8. cAMP-ovisna protein kinaza A i ciljevi.

Kada se epinefrin veže na odgovarajući receptor, aktivacija α s podjedinice stimulira adenilat ciklazu s povećanjem razine cAMP. cAMP aktivira protein kinazu A, koja fosforilacijom ima tri glavna učinka. (1) Protein kinaza A aktivira glikogen fosforilazu kinazu, koja fosforilira i aktivira glikogen fosforilazu. (2) Protein kinaza A inaktivira glikogen sintazu i tako smanjuje proizvodnju glikogena. (3) Protein kinaza A aktivira inhibitor fosfoprotein fosfataze-1 i time inhibira fosfatazu. Ukupni učinak je koordinacija promjena u razinama glukoze.

Oznake: UDP-glukoza - uridin difosfat glukoza

Hormonska regulacija aktivnosti adenilat ciklaze

Slika 2-9A prikazuje glavni mehanizam stimulacije i inhibicije adenilat ciklaze izazvane hormonima. Interakcija liganda s receptorom povezanim s α podjedinicom tipa α s (stimulatorna) uzrokuje aktivaciju adenilat ciklaze, dok interakcija liganda s receptorom) povezanom s podjedinicom α i tipa α (inhibitorna) uzrokuje inhibiciju enzim. G βγ podjedinica je identična iu stimulacijskim i inhibitornim G proteinima. G α -podjedinice i receptori su različiti. Ligandom stimulirana formacija aktivnih G α GTP kompleksa događa se preko istih mehanizama u G αs i G αi proteinima. Međutim, G αs GTP i G αi GTP međusobno djeluju različito s adenilat ciklazom. Jedan (G αs GTP) stimulira, a drugi G αi GTP) inhibira njegovu katalitičku aktivnost.

Slika 2-9B prikazuje mehanizam aktivacije i inhibicije adenilat ciklaze induciran određenim hormonima. β 1 -, β 2 - i D 1 -receptori stupaju u interakciju s podjedinicama koje aktiviraju adenilat ciklazu i povećavaju razinu cAMP. α 2 i D 2 receptori stupaju u interakciju s G αi podjedinicama, koje inhibiraju adenilat ciklazu. (Što se tiče α 1 receptora, on je u interakciji s G podjedinicom, koja aktivira fosfolipazu C.) Razmotrite jedan od primjera prikazanih na slici. Adrenalin se veže za β 1 ​​receptor, što dovodi do aktivacije G αs proteina, koji stimulira adenilat ciklazu. To dovodi do porasta intracelularne razine cAMP, a time i pojačava aktivnost PKA. S druge strane, norepinefrin se veže za α 2 receptor, što dovodi do aktivacije G αi proteina, koji inhibira adenilat ciklazu i time smanjuje unutarstaničnu razinu cAMP, smanjujući aktivnost PKA.

Riža. 2-9 (prikaz, ostalo). Ligandom (hormonom) inducirana aktivacija i inhibicija adenilat ciklaze.

A je temeljni mehanizam. B - mehanizam u odnosu na specifične hormone

Protein kinaza C i srodni signalni putovi

α 1 receptor stupa u interakciju s G αq podjedinicom G proteina, koja aktivira fosfolipazu C. Fosfolipaza C cijepa fosfatidilinozitol 4,5-difosfat na IP 3 i DAG. IP 3 se veže na specifične ligand-ovisne Ca 2+ kanale endoplazmatskog retikuluma i otpušta Ca 2+ iz njega; povećava koncentraciju Ca 2+ u citosolu. DAG uzrokuje aktivaciju protein kinaze C. U nestimuliranoj stanici ovaj je enzim u citosolu u neaktivnom stanju.

oblik. Ako citosolna razina Ca 2+ raste, Ca 2+ stupa u interakciju s protein kinazom C, što dovodi do vezanja protein kinaze C na unutarnju površinu stanične membrane. U tom položaju enzim se aktivira dijacilglicerolom koji nastaje tijekom hidrolize fosfatidilinozitol-4,5-difosfata. Membranski fosfatidilserin također može biti aktivator protein kinaze C ako se enzim nalazi u membrani.

Tablica 2-3 navodi izoforme protein kinaze C kod sisavaca i svojstva tih izoformi.

Tablica 2-3.Svojstva izoformi protein kinaze C sisavaca

DAG - diacilglicerol; FS - fosfatidilserin; FFA - cis-nezasićene masne kiseline; LPC - lizofosfatidilkolin.

Riža. 2-10 (prikaz, stručni). Diacilglicerol/inozitol-1,4,5-trifosfat signalni putovi

Fosfolipaze i srodni signalni putovi na primjeru arahidonske kiseline

Neki agonisti, preko G proteina, aktiviraju fosfolipaza A 2, koji djeluje na membranske fosfolipide. Produkti njihovih reakcija mogu aktivirati protein kinazu C. Konkretno, fosfolipaza A 2 odvaja masnu kiselinu koja se nalazi na drugom mjestu od fosfolipida. Zbog činjenice da neki fosfolipidi sadrže arahidonsku kiselinu na tom mjestu, cijepanjem fosfolipaze A 2 otpuštaju se značajne količine.

Gore opisani signalni put arahidonske kiseline povezan s fosfolipazom A2 naziva se izravnim. neizravan način aktivacija arahidonske kiseline povezana je s fosfolipazom C β .

Sama arahidonska kiselina je efektorska molekula, a osim toga, služi kao prekursor za unutarstaničnu sintezu prostaglandini, prostaciklini, tromboksani i leukotrijeni- važne klase regulacijskih molekula. Arahidonska kiselina također nastaje iz produkata razgradnje diacilglicerola.

Prostaglandini, prostaciklini i tromboksani se sintetiziraju iz arahidonske kiseline. put ovisan o ciklooksigenazi i leukotrijeni put ovisan o lipoksigenazi. Jedan od protuupalnih učinaka glukokortikoida je upravo inhibicija fosfolipaze A 2 koja oslobađa arahidonsku kiselinu iz fosfolipida. Acetilsalicilna kiselina (aspirin  ) i drugi nesteroidni protuupalni lijekovi inhibiraju oksidaciju arahidonske kiseline ciklooksigenazom.

Riža. 2-11 (prikaz, stručni). Signalni putovi arahidonske kiseline.

Oznake: PG - prostaglandin, LH - leukotrien, GPETE - hidroperoksieikozatetraenoat, HETE - hidroksieikozatetraenoat, EPR - endoplazmatski retikulum

Kalmodulin: struktura i funkcije

Mnogi vitalni stanični procesi, uključujući otpuštanje neurotransmitera, lučenje hormona i kontrakciju mišića, regulirani su citosolnim razinama Ca 2+. Jedan od načina na koji ovaj ion utječe na stanične procese je njegovo vezanje na kalmodulin.

Kalmodulin- protein molekulske mase 16 700 (slika 2-12 A). Prisutan je u svim stanicama, ponekad čineći i do 1% njihovog ukupnog sadržaja proteina. Kalmodulin veže četiri iona kalcija (Sl. 2-12 B i C), nakon čega ovaj kompleks regulira aktivnost različitih unutarstaničnih proteina, od kojih mnogi nisu povezani s protein kinazama.

Kompleks Ca 2+ s kalmodulinom također aktivira protein kinaze ovisne o kalmodulinu. Specifične protein kinaze ovisne o kalmodulinu fosforiliraju specifične efektorske proteine, kao što su regulacijski laki lanci miozina, fosforilaza i faktor elongacije II. Multifunkcionalne protein kinaze ovisne o kalmodulinu fosforiliraju brojne nuklearne, citoskeletne ili membranske proteine. Neke protein kinaze ovisne o kalmodulinu, kao što je kinaza

laki lanac miozina i fosforilaza kinaza djeluju samo na jedan stanični supstrat, dok su drugi polifunkcionalni i fosforiliraju više od jednog supstratnog proteina.

Kalmodulin-ovisna protein kinaza II pripada glavnim proteinima živčanog sustava. U nekim dijelovima mozga čini i do 2% ukupnih proteina. Ova kinaza je uključena u mehanizam kojim povećanje koncentracije Ca 2+ u živčanom završetku uzrokuje otpuštanje neurotransmitera egzocitozom. Njegov glavni supstrat je protein tzv sinapsin I prisutni u živčanim završecima i povezani s vanjskom površinom sinaptičkih vezikula. Kada je sinapsin I vezan za vezikule, on sprječava egzocitozu. Fosforilacija sinapsina I uzrokuje njegovo odvajanje od vezikula, omogućujući im da otpuste neurotransmiter u sinaptičku pukotinu egzocitozom.

Kinaza lakog lanca miozina igra važnu ulogu u regulaciji kontrakcije glatkih mišića. Povećanje citosolne koncentracije Ca 2+ u glatkim mišićnim stanicama aktivira kinazu lakog lanca miozina. Fosforilacija regulacijskih lakih lanaca miozina dovodi do produljene kontrakcije glatkih mišićnih stanica.

Riža. 2-12 (prikaz, ostalo). Kalmodulin.

A - kalmodulin bez kalcija. B - vezanje kalcija na kalmodulin i ciljni peptid. B - shema povezivanja.

Oznake: EF - Ca 2+ -vezne domene kalmodulina

Receptori s vlastitom enzimskom aktivnošću (katalitički receptori)

Hormoni i faktori rasta vežu se za proteine ​​stanične površine koji imaju enzimsku aktivnost na citoplazmatskoj strani membrane. Slika 2-13 prikazuje pet klasa katalitičkih receptora.

Jedan od karakterističnih primjera transmembranskih receptori s aktivnošću gvanilat ciklaze, receptor atrijalnog natriuretskog peptida (ANP). Membranski receptor na koji se veže ANP neovisan je o razmatranim sustavima prijenosa signala. Gore je opisano djelovanje izvanstaničnih agonista koji, vezanjem na membranske receptore, ili aktiviraju adenilat ciklazu preko G s proteina ili je inhibiraju preko G i . Membranski receptori za ANP su od interesa jer sami receptori imaju aktivnost gvanilat ciklaze stimuliranu vezanjem ANP na receptor.

ANP receptori imaju izvanstaničnu ANP veznu domenu, jednu transmembransku spiralu i unutarstaničnu domenu gvanilat ciklaze. Vezanje ANP-a za receptor povećava unutarstaničnu razinu cGMP-a, koji stimulira cGMP-ovisnu protein kinazu. Za razliku od cAMP-ovisne protein kinaze, koja ima regulatorne i katalitičke podjedinice, regulatorna i katalitička domena cGMP-ovisne protein kinaze nalaze se na istom polipeptidnom lancu. cGMP-ovisna kinaza potom fosforilira unutarstanične proteine, što dovodi do različitih staničnih odgovora.

Receptori s aktivnošću serin-treonin kinaze fosforiliraju proteine ​​samo na ostacima serina i/ili treonina.

Druga obitelj membranskih receptora koji nisu povezani s G-proteinima sastoji se od proteina s vlastitom aktivnošću tirozin-protein kinaze. Receptori s vlastitom aktivnošću tirozin-protein kinaze su proteini s glikoziliranom izvanstaničnom domenom, jedini

transmembranska regija i intracelularna domena s aktivnošću tirozin-protein kinaze. Na primjer, vezanje agonista za njih faktor rasta živaca (NGF), stimulira aktivnost tirozin-protein kinaze, koja fosforilira specifične efektorske proteine ​​na određenim tirozinskim ostacima. Većina receptora faktora rasta dimerizira kada se NGF veže na njih. To je dimerizacija receptora koja dovodi do pojave aktivnosti tirozin protein kinaze u njemu. Aktivirani receptori se često sami fosforiliraju, što se naziva autofosforilacija.

Nadobitelji peptidni receptori koji se nazivaju inzulinski receptori. Također je tirozin protein kinaza. U potklasi receptora koji pripadaju obitelji inzulinskih receptora, ne-ligandni receptor postoji kao disulfidno vezan dimer. Interakcija s inzulinom dovodi do konformacijskih promjena u oba monomera, što povećava vezanje inzulina, aktivira receptorsku tirozin kinazu i dovodi do povećane autofosforilacije receptora.

Vezanje hormona ili čimbenika rasta na njegov receptor pokreće različite stanične reakcije, uključujući ulazak Ca 2+ u citoplazmu, povećan metabolizam Na + /H +, stimulaciju unosa aminokiselina i šećera, stimulaciju fosfolipaze C β i hidrolizu fosfatidilinozitol difosfata.

Receptori hormon rasta, prolaktin i eritropoetin, kao i receptori interferon i mnogi citokini ne služe izravno kao protein kinaze. Međutim, nakon aktivacije ti receptori stvaraju signalne komplekse s unutarstaničnim tirozin protein kinazama, koje pokreću njihove unutarstanične učinke. Zato oni nisu pravi receptori s vlastitom aktivnošću tirozin-protein kinaze, već se jednostavno vežu za njih.

Na temelju građe može se pretpostaviti da transmembranski tirozin-protein fosfataza su također receptori, a njihova aktivnost tirozin-protein fosfataze modulirana je izvanstaničnim ligandima.

Riža. 2-13 (prikaz, ostalo). katalitičke receptore.

A - receptor guanilciklaze, B - receptor s aktivnošću serin-treonin kinaze, C - receptor s vlastitom aktivnošću tirozin-protein kinaze, D - receptori povezani s aktivnošću tirozin-protein kinaze

Tirozin-protein kinaze povezane s receptorom na primjeru interferonskih receptora

Interferonski receptori nisu izravno protein kinaze. Nakon aktivacije, ti receptori stvaraju signalne komplekse s unutarstaničnim tirozin protein kinazama koje pokreću njihove unutarstanične učinke. To jest, oni nisu pravi receptori s vlastitom aktivnošću tirozin-protein kinaze, već se jednostavno vežu na njih. Takvi se receptori nazivaju tirozin protein kinaze povezane s receptorom (ovisne o receptoru).

Mehanizmi kojima ti receptori djeluju pokreću se kada se hormon veže za receptor, uzrokujući njegovu dimerizaciju. Dimer receptora veže jedan ili više članova Janus-obitelj tirozin protein kinaza (JAK). JAK zatim križ

međusobno fosforiliraju, kao i receptor. Članovi obitelji pretvarača signala i aktivatora transkripcije (STAT) vežu fosforilirane domene na kompleks receptor-JAK. STAT proteini su fosforilirani JAK kinazama i zatim se odvajaju od signalnog kompleksa. U konačnici, fosforilirani STAT proteini tvore dimere koji se kreću prema jezgri kako bi aktivirali transkripciju određenih gena.

Specifičnost receptora za svaki hormon djelomično ovisi o specifičnosti članova obitelji JAK ili STAT koji se kombiniraju da tvore signalni kompleks. U nekim slučajevima, signalni kompleks također aktivira kaskadu kinaze MAP-(mitogen-aktivirajući protein) preko adapterskih proteina koje koriste receptorske tirozin kinaze. Neki od odgovora liganda receptora tirozin kinaze također uključuju JAK i STAT puteve.

Riža. 2-14 (prikaz, ostalo). Primjer katalitičkih receptora povezanih s aktivnošću tirozin-protein kinaze. Receptor aktivira α -interferon (A) iγ -interferon (B)

Ras-slični monomerni G proteini i njihovi posredovani transdukcijski putovi

Ligand, kao što je faktor rasta, veže se na receptor koji ima vlastitu aktivnost tirozin protein kinaze, što rezultira povećanjem transkripcije u procesu od 10 koraka. Ras-slični monomerni GTP-vezujući proteini sudjeluju u putu prijenosa signala u fazi prijenosa signala od receptora s vlastitom aktivnošću tirozin-protein kinaze (na primjer, receptori faktora rasta) do unutarstaničnih efektora. Aktivacija i inaktivacija monomernih GTP-vezujućih proteina zahtijeva dodatne regulatorne proteine. Monomerne G proteine ​​aktiviraju proteini koji otpuštaju gvanin nukleotid (GNRP), a inaktiviraju proteini koji aktiviraju GTPazu (GAP).

Monomerni GTP-vezujući proteini iz obitelji Ras posreduju u vezanju mitogenih liganada i njihovih receptora tirozin-protein kinaze, što pokreće unutarstanične procese koji vode do stanične proliferacije. Kada su Ras proteini neaktivni, stanice ne reagiraju na faktore rasta koji djeluju preko receptora tirozin kinaze.

Ras aktivacija pokreće put prijenosa signala koji u konačnici dovodi do transkripcije određenih gena koji potiču rast stanica. Kaskada MAP kinaze (MAPK) uključena je u odgovore kada je Ras aktiviran. Protein kinaza C također aktivira kaskadu MAP kinaze. Dakle, kaskada MAP kinaze je važna točka konvergencija za razne učinke koji uzrokuju proliferaciju stanica. Štoviše, postoji križanje između protein kinaze C i tirozin kinaze. Na primjer, γ izoforma fosfolipaze C aktivira se vezanjem na aktivirani Ras protein. Ta se aktivacija prenosi na protein kinazu C tijekom stimulacije hidrolize fosfolipida.

Slika 2-15 prikazuje mehanizam s 10 koraka.

1. Vezanje liganda dovodi do dimerizacije receptora.

2. Aktivirana tirozin protein kinaza (RTK) sama se fosforilira.

3.GRB 2 (protein-vezan za receptor faktora rasta-2), protein koji sadrži SH 2, prepoznaje ostatke fosfotirozina na aktiviranom receptoru.

4.GRB 2 vezanje uključuje SOS (sin sedmero djece) zamjenski protein guanine nucleotide.

5.SOS aktivira Ras, formirajući GTP umjesto GDP na Rasu.

6. Aktivni kompleks Ras-GTP aktivira druge proteine ​​fizički ih ugrađujući u plazma membranu. Aktivni kompleks Ras-GTP stupa u interakciju s N-terminalnim dijelom Raf-1 serin-treonin kinaze (poznate kao mitogen-aktivirajući protein, MAP), prve u nizu aktiviranih protein kinaza koje prenose aktivacijski signal do stanična jezgra.

7. Raf-1 fosforilira i aktivira protein kinazu nazvanu MEK, koja je poznata kao MAP kinaza kinaza (MAPKK). MEK je multifunkcionalna protein kinaza koja fosforilira supstrate ostataka tirozina i serina/treonina.

8.MEK fosforilira MAP kinazu (MAPK), što također uzrokuje izvanstanični signal - regulatorna kinaza (ERK 1 , ERK 2). Aktivacija MAPK zahtijeva dvostruku fosforilaciju na susjednim ostacima serina i tirozina.

9. MAPK služi kao kritična efektorska molekula u Ras-ovisnoj transdukciji signala jer fosforilira mnoge stanične proteine ​​nakon mitogene stimulacije.

10. Aktivirani MAPK prenosi se u jezgru, gdje fosforilira transkripcijski faktor. Općenito, aktivirani Ras aktivira MAP

povezujući se s njim. Ova kaskada rezultira fosforilacijom i aktivacijom MAP kinaze, koja zauzvrat fosforilira faktore transkripcije, proteinske supstrate i druge proteinske kinaze važne za staničnu diobu i druge odgovore. Ras aktivacija ovisi o adaptorskim proteinima koji se vežu na fosfotirozinske domene na receptorima aktiviranim faktorom rasta. Ovi adapterski proteini se pričvršćuju i aktiviraju GNRF (protein izmjene guanin nukleotida), koji aktivira Ras.

Riža. 2-15 (prikaz, ostalo). Regulacija transkripcije Ras-sličnim monomernim G-proteinima potaknutim iz receptora s vlastitom aktivnošću tirozin-protein kinaze

Regulacija transkripcije pomoću cAMP-ovisnog DNA element-interacting proteina (CREB)

CREB, široko rasprostranjeni transkripcijski faktor, obično je povezan s regijom DNK koja se naziva CRE (cAMP element odgovora). U nedostatku stimulacije, CREB se defosforilira i ne utječe na transkripciju. Brojni putovi prijenosa signala putem aktivacije kinaza (kao što su PKA, Ca 2+ /kalmodulin kinaza IV, MAP kinaza) rezultiraju fosforilacijom CREB. Fosforilirani CREB se veže CBP(CREB-vezujući protein- CREB-vezujući protein), koji ima domenu koja stimulira transkripciju. Paralelno, fosforilacija aktivira PP1

(fosfoprotein fosfataza 1), koji defosforilira CREB, što rezultira zaustavljanjem transkripcije.

Pokazalo se da je aktivacija mehanizma posredovanog CREB-om važna za provedbu viših kognitivnih funkcija kao što su učenje i pamćenje.

Slika 2-15 također prikazuje strukturu cAMP-ovisne PKA, koja se u nedostatku cAMP-a sastoji od četiri podjedinice: dvije regulatorne i dvije katalitičke. Prisutnost regulatornih podjedinica inhibira enzimsku aktivnost kompleksa. Vezanje cAMP-a izaziva konformacijsku promjenu u regulacijskim podjedinicama, što rezultira odvajanjem regulacijskih podjedinica od katalitičkih. Katalitički PKA ulaze u jezgru stanice i započinju gornji proces.

Riža. 2-16 (prikaz, ostalo). Regulacija transkripcije gena pomoću CREB (vezni protein cAMP elementa odgovora) kroz povećanje razine cikličkog adenozin monofosfata

Hormoni. Što je?

Nomenklatura i klasifikacija hormona

Principi prijenosa hormonskog signala do ciljnih stanica

hidrofilni hormoni

Metabolizam peptidnih hormona

Inaktivacija i degradacija

Mehanizam djelovanja hidrofilnih hormona

Drugi glasnici

Ciklički AMP

Uloga iona kalcija

Glavni predstavnici hidrofilnih hormona

Histamin

Serotonin

Melatonin

kateholaminski hormoni

Peptidni i proteinski hormoni

Thyrotropin

Inzulin

Glukagon

Gastrin

Zaključak

Bibliografija

Hormoni. Što je?

Hormoni su signalne tvari koje se proizvode u stanicama endokrinih žlijezda. Nakon sinteze, hormoni ulaze u krvotok i prenose se u ciljne organe, gdje obavljaju određene biokemijske i fiziološke regulatorne funkcije.

Svaki hormon je središnja karika u složenom sustavu hormonalne regulacije. Hormoni se sintetiziraju u obliku prekursora, prohormona, a često se talože u specijaliziranim stanicama endokrinih žlijezda. Odavde ulaze u krvotok kao metabolički neophodni. Većina hormona transportira se u obliku kompleksa s proteinima plazme, tzv. transporteri hormona, a vezanje na transportere je reverzibilno. Hormone razgrađuju odgovarajući enzimi, obično u jetri. Konačno, hormoni i proizvodi njihove razgradnje izlučuju se iz tijela putem sustava za izlučivanje, obično putem bubrega. Svi ovi procesi utječu na koncentraciju hormona i kontrolnu signalizaciju.

U ciljnim organima nalaze se stanice koje nose receptore koji mogu vezati hormone i na taj način percipirati hormonski signal. Nakon vezanja hormona, receptori prenose informaciju u stanicu i pokreću lanac biokemijskih reakcija koje određuju stanični odgovor na djelovanje hormona.

Hormoni se u tijelu koriste za održavanje homeostaze, kao i za regulaciju mnogih funkcija (rast, razvoj, metabolizam, odgovor na promjene u okolišnim uvjetima).

Nomenklatura i klasifikacija hormona

Kemijska priroda gotovo svih poznatih hormona je detaljno razjašnjena (uključujući primarnu strukturu proteinskih i peptidnih hormona), ali do sada nisu razvijena opća načela za njihovu nomenklaturu. Kemijski nazivi mnogih hormona točno odražavaju njihovu kemijsku strukturu i vrlo su glomazni. Stoga se češće koriste trivijalni nazivi hormona. Prihvaćena nomenklatura označava izvor hormona (na primjer, inzulin - od latinskog insula - otočić) ili odražava njegovu funkciju (na primjer, prolaktin, vazopresin). Za neke hormone hipofize (na primjer luteinizirajuće i folikulostimulirajuće), kao i za sve hormone hipotalamusa, razvijeni su novi radni nazivi.

Slična je situacija i s klasifikacijom hormona. Hormoni se klasificiraju ovisno o mjestu njihove prirodne sinteze, prema čemu se razlikuju hormoni hipotalamusa, hipofize, štitnjače, nadbubrežne žlijezde, gušterače, spolnih žlijezda, guše i dr. Međutim, takva anatomska klasifikacija nije dovoljno savršena, budući da neki hormoni ili se ne sintetiziraju u onim endokrinim žlijezdama iz kojih se izlučuju u krv (npr. hormoni stražnjeg režnja hipofize, vazopresura i oksitocin sintetiziraju se u hipotalamusu, odakle se prenose u stražnji režanj hipofize) , ili se sintetiziraju u drugim žlijezdama (na primjer, djelomična sinteza spolnih hormona provodi se u korteksu nadbubrežnih žlijezda, sinteza prostaglandina događa se ne samo u prostati, već iu drugim organima), itd. S obzirom na te okolnosti, pokušalo se stvoriti modernu klasifikaciju hormona na temelju njihove kemijske prirode. U skladu s ovom klasifikacijom razlikuju se tri skupine pravih hormona:

) peptidni i proteinski hormoni,

) hormoni - derivati ​​aminokiselina i 3) hormoni steroidne prirode. Četvrtu skupinu čine eikozanoidi – tvari slične hormonima koje djeluju lokalno.

Peptidni i proteinski hormoni uključuju od 3 do 250 ili više aminokiselinskih ostataka. To su hormoni hipotalamusa i hipofize (tiroliberin, somatoliberin, somatostatin, hormon rasta, kortikotropin, tireotropin i dr. - vidi dolje), kao i hormoni gušterače (inzulin, glukagon). Hormoni - derivati ​​aminokiselina uglavnom su predstavljeni derivatima aminokiseline tirozina. To su niskomolekularni spojevi adrenalin i norepinefrin, sintetizirani u srži nadbubrežne žlijezde, te hormoni štitnjače (tiroksin i njegovi derivati). Hormoni 1. i 2. skupine vrlo su topljivi u vodi.

Steroidni hormoni su hormoni topivi u mastima. korteks nadbubrežne žlijezde (kortikosteroidi), spolni hormoni (estrogeni i androgeni) i hormonski oblik vitamina D.

Eikozanoidi, koji su derivati ​​višestruko nezasićene masne kiseline (arahidonske), predstavljeni su s tri podklase spojeva: prostaglandini, tromboksani i leukotrieni. Ovi u vodi netopljivi i nestabilni spojevi ostvaruju svoje učinke na stanice blizu mjesta njihove sinteze.

Principi prijenosa hormonskog signala do ciljnih stanica

Postoje dvije glavne vrste prijenosa hormonskog signala do ciljnih stanica. Lipofilni hormoni ulaze u stanicu, a zatim ulaze u jezgru. Hidrofilni hormoni djeluju na razini stanične membrane.

hidrofilni hormon hormonal signal

Lipofilni hormoni, koji uključuju steroidne hormone, tiroksin i retinoičnu kiselinu, slobodno prodiru kroz plazma membranu u stanicu, gdje stupaju u interakciju s visoko specifičnim receptorima. Kompleks hormon-receptor u obliku dimera veže se za kromatin u jezgri i inicira transkripciju određenih gena. Pojačanje ili suzbijanje sinteze mRNA (mRNA) povlači za sobom promjenu koncentracije specifičnih proteina (enzima) koji određuju odgovor stanice na hormonalni signal.

Hormoni koji su derivati ​​aminokiselina, kao i peptidni i proteinski hormoni, čine skupinu hidrofilnih signalnih tvari. Te se tvari vežu na specifične receptore na vanjskoj površini plazma membrane. Vezanje hormona prenosi signal na unutarnju površinu membrane i time pokreće sintezu sekundarnih glasnika (posrednika). Intermedijarne molekule potenciraju stanični odgovor na djelovanje hormona.

hidrofilni hormoni

Definicija.

Hidrofilni hormoni i tvari slične hormonima izgrađeni su od aminokiselina, poput proteina i peptida, ili su derivati ​​aminokiselina. U velikim količinama talože se u stanicama endokrinih žlijezda i po potrebi ulaze u krv. Većina tih tvari prenosi se krvotokom bez sudjelovanja prijenosnika. Hidrofilni hormoni djeluju na ciljne stanice tako da se vežu za receptor na plazma membrani.

Metabolizam peptidnih hormona

Biosinteza.

Za razliku od steroida, peptidni i proteinski hormoni primarni su produkti biosinteze. Odgovarajuća informacija očitava se iz DNA (DNA) u fazi transkripcije, a sintetizirana hnRNA (hnRNA) oslobađa se iz introna zbog spajanja (1). mRNA (mRNA) kodira peptidnu sekvencu, koja najčešće znatno premašuje zreli hormon u molekularnoj težini. Izvorni lanac aminokiselina uključuje signalni peptid i propeptid prekursora hormona. Translacija mRNA odvija se na ribosomima na uobičajeni način (2). Prvo se sintetizira signalni peptid. Njegova je funkcija vezati ribosome na hrapavi endoplazmatski retikulum [RER (rER)] i voditi rastući peptidni lanac u lumen RER (3). Sintetizirani proizvod je prekursor hormona, prohormon. Sazrijevanje hormona događa se kroz ograničenu proteolizu i naknadnu (post-translacijsku) modifikaciju, kao što je stvaranje disulfidnog mosta, glikozilacija i fosforilacija (4). Zreli hormon se taloži u stanične vezikule, odakle se izlučuje prema potrebi zbog egzocitoze.

Biosinteza peptidnih i proteinskih hormona i njihovo izlučivanje pod kontrolom su hijerarhijskog sustava hormonalne regulacije. U ovom sustavu ioni kalcija sudjeluju kao sekundarni glasnici; povećanje koncentracije kalcija potiče sintezu i lučenje hormona.

Analiza hormonskih gena pokazuje da su ponekad mnogi potpuno različiti peptidi i proteini kodirani istim genom. Jedan od najviše proučavanih je gen za proopiomelanokortin [POMC (POMC)]. Uz nukleotidnu sekvencu koja odgovara kortikotropinu [adrenokortikotropni hormon, ACTH (ACTH)], ovaj gen uključuje preklapajuće sekvence koje kodiraju niz malih peptidnih hormona, naime α-, β- i γ-melanotropina [MSH (MSH)], β- i γ - lipotropini (LPG (LPH)], β-endorfin i met-enkefalin. Potonji hormon se također može formirati iz β-endorfina. Prohormon za ovu obitelj je takozvani poliprotein. Signal o tome koji bi peptid trebao biti dobiven i izlučen dolazi iz regulacijskog sustava nakon što je završena sinteza prepropeptida. Najvažniji izlučeni produkt izveden iz hipofiznog poliproteina kodiranog genom POMC je hormon kortikotropin (ACTH), koji stimulira izlučivanje kortizola od strane kore nadbubrežne žlijezde. Biološki funkcije drugih peptida nisu u potpunosti shvaćene.

Inaktivacija i degradacija

Razgradnja peptidnih hormona često počinje već u krvi ili na stijenkama krvnih žila, a taj je proces posebno intenzivan u bubrezima. Neki peptidi koji sadrže disulfidne mostove, kao što je inzulin, mogu biti inaktivirani zbog smanjenja cistinskih ostataka (1).Druge proteinsko-peptidne hormone hidroliziraju proteinaze, naime egzo-(2) (na krajevima lanca) i endopeptidaze. (3). Proteoliza rezultira stvaranjem mnogih fragmenata, od kojih neki mogu biti biološki aktivni. Mnogi proteinsko-peptidni hormoni uklanjaju se iz cirkulacijskog sustava vezanjem na membranski receptor i naknadnom endocitozom kompleksa hormon-receptor. Razgradnja takvih kompleksa odvija se u lizosomima, a krajnji proizvod razgradnje su aminokiseline, koje se opet koriste kao supstrati u anaboličkim i kataboličkim procesima.

Lipofilni i hidrofilni hormoni imaju različito vrijeme poluraspada u cirkulacijskom sustavu (točnije biokemijsko vrijeme poluraspada, t1/2). U usporedbi s hidrofilnim hormonima (t1/2 od nekoliko minuta ili sati), lipofilni hormoni žive znatno duže (t1/2 od nekoliko sati ili dana). Biokemijski poluživot hormona ovisi o aktivnosti sustava razgradnje. Izlaganje sustava degradaciji lijekovima ili oštećenjem tkiva može uzrokovati promjenu stope razgradnje, a time i koncentracije hormona.

Mehanizam djelovanja hidrofilnih hormona

Većina hidrofilnih signalnih tvari ne može proći kroz lipofilnu staničnu membranu. Stoga se prijenos signala u stanicu provodi preko membranskih receptora (provodnika signala). Receptori su integralni membranski proteini koji vežu signalne tvari na vanjskoj strani membrane i promjenom prostorne strukture generiraju novi signal na unutarnjoj strani membrane. Ovaj signal određuje transkripciju određenih gena i aktivnost enzima koji kontroliraju metabolizam i djeluju na citoskelet.

Postoje tri vrste receptora.

Receptori prvog tipa su proteini koji imaju jedan transmembranski polipeptidni lanac. To su alosterički enzimi čije se aktivno središte nalazi na unutarnjoj strani membrane. Mnogi od njih su tirozin protein kinaze. Ovoj vrsti pripadaju receptori za inzulin, faktore rasta i citokine.

Vezanje signalne tvari dovodi do dimerizacije receptora. U tom slučaju dolazi do aktivacije enzima i fosforilacije ostataka tirozina u nizu proteina. Najprije se fosforilira molekula receptora (autofosforilacija). Fosfotirozin veže SH2 domenu proteina nositelja signala, čija je funkcija prijenos signala unutarstaničnim protein kinazama.

ionski kanali. Ovi receptori tipa II su oligomerni membranski proteini koji tvore ionski kanal aktiviran ligandom. Vezanje liganda dovodi do otvaranja kanala za ione Na+, K+ ili Cl-. Prema tom mehanizmu odvija se djelovanje neurotransmitera, poput acetilkolina (nikotinski receptori: Na + - i K + kanali) i γ-aminomaslačne kiseline (A receptor: Cl - kanal).

Receptori trećeg tipa povezani s GTP-vezujućim proteinima. Polipeptidni lanac ovih proteina uključuje sedam transmembranskih niti. Takvi receptori signaliziraju preko GTP-vezujućih proteina efektorskim proteinima, koji su povezani enzimi ili ionski kanali. Funkcija ovih proteina je promjena koncentracije iona ili sekundarnih glasnika.

Dakle, vezanje signalne tvari na membranski receptor uključuje jednu od tri varijante unutarstaničnog odgovora: receptorske tirozin kinaze aktiviraju unutarstanične protein kinaze, aktivacija ionskih kanala aktiviranih ligandom dovodi do promjene koncentracije iona, a aktivacija receptori povezani s GTP-vezujućim proteinima inducira sintezu tvari posrednika, sekundarnih glasnika. Sva tri sustava prijenosa signala međusobno su povezana. Na primjer, stvaranje drugog glasnika cAMP (cAMP) dovodi do aktivacije protein kinaza A [PK-A (PK-A)], sekundarni glasnik diacilglicerol [DAG (DAG)] aktivira [PK-C (PK- C)], a sekundarni glasnik inozitol-1,4,5-trifosfat [IP3 (InsP3)] uzrokuje povećanje koncentracije Ca2+ iona u staničnoj citoplazmi.

Transdukcija signala putem G proteina. G proteini su obitelj proteina koji pripadaju GTPazama i funkcioniraju kao sekundarni glasnici u unutarstaničnim signalnim kaskadama. G-proteini su tako nazvani jer u svom signalnom mehanizmu koriste zamjenu GDP-a GTP-om kao molekularnim funkcionalnim "prekidačem" za regulaciju staničnih procesa.Proteini prenose signal od trećeg tipa receptora do efektorskih proteina. Građeni su od tri podjedinice: α, β i γ. α-podjedinica ima sposobnost vezanja guanin nukleotida [GTP (GTP) ili GDP (GDP)]. Protein pokazuje slabu aktivnost GTPaze i sličan je drugim proteinima koji vežu GTP kao što su ras i faktor elongacije Tu (EF-Tu). U neaktivnom stanju, G-protein je povezan s BDP-om.

Kada se signalna tvar veže na receptor tipa 3, konformacija potonjeg se mijenja na takav način da kompleks stječe sposobnost vezanja G proteina. Povezivanje G-proteina s receptorom dovodi do razmjene GDP-a za GTP (1). U tom slučaju aktivira se G-protein, odvaja se od receptora i disocira na α-podjedinicu i β,γ-kompleks. Podjedinica ΓΤΦ-α veže se na efektorske proteine ​​i mijenja njihovu aktivnost, što rezultira otvaranjem ili zatvaranjem ionskih kanala, aktivacijom ili inhibicijom enzima (2). Polagana hidroliza vezanog GTP-a u GDP pretvara α-podjedinicu u neaktivno stanje i ponovno se povezuje s β,γ-kompleksom, tj. G-protein se vraća u prvobitno stanje.

Drugi glasnici

Drugi glasnici ili glasnici su unutarstanične tvari čiju koncentraciju strogo kontroliraju hormoni, neurotransmiteri i drugi izvanstanični signali. Takve tvari nastaju iz dostupnih supstrata i imaju kratko biokemijsko vrijeme poluraspada. Najvažniji sekundarni glasnici su cAMP (cAMP), cGTP (cGTP), Ca2+, inozitol-1,4,5-trifosfat [IP3 (lnsP3)], diacilglicerol [DAG (DAG)] i dušikov monoksid (NO).

Ciklički AMP

Biosinteza. Nukleotid cAMP (3,5"-cikloadenozin monofosfat, cAMP) sintetiziraju membranske adenilat ciklaze, obitelj enzima koji kataliziraju reakciju ciklizacije ATP-a (ATP) s stvaranjem cAMP-a i anorganskog pirofosfata. Razgradnju cAMP-a u AMP (AMP) kataliziraju fosfodiesteraze, koje su inhibirane visokim koncentracijama metiliranih derivata ksantina, poput kofeina.

Aktivnost adenilat ciklaze kontroliraju G proteini, koji su pak povezani s receptorima tipa 3 kontroliranim vanjskim signalima. Većina G-proteina (Gs-proteini) aktivira adenilat ciklazu, neki G-proteini je inhibiraju (Gi-proteini). Neke adenilat ciklaze aktivira Ca2+/kalmodulin kompleks.

Mehanizam djelovanja. cAMP je alosterički efektor protein kinaze A (PK-A) i ionskih kanala (vidi str. 372). U svom neaktivnom stanju, PK-A je tetramer čije dvije katalitičke podjedinice (K-podjedinice) inhibiraju regulacijske podjedinice (P-podjedinice) (autoinhibicija). Kada se cAMP veže, P-podjedinice se odvajaju od kompleksa i K-jedinice se aktiviraju. Enzim može fosforilirati određene ostatke serina i treonina u više od 100 različitih proteina, uključujući mnoge enzime (vidi str. 158) i faktore transkripcije. Kao rezultat fosforilacije mijenja se funkcionalna aktivnost ovih proteina.

Zajedno s cAMP, cGMP (cGMP) također može obavljati funkcije drugog glasnika. Oba spoja razlikuju se u metabolizmu i mehanizmu djelovanja.

Uloga iona kalcija

Razina kalcijevih iona. Koncentracija iona Ca2+ u citoplazmi nestimulirane stanice vrlo je niska (10-100 nM). Nisku razinu održavaju kalcijeve ATPaze (kalcijeve pumpe) i natrij-kalcijevi izmjenjivači. Nagli porast koncentracije iona Ca2+ u citoplazmi (do 500-1000 nM) nastaje kao posljedica otvaranja kalcijevih kanala u plazma membrani ili unutarstaničnih depoa kalcija (glatki i hrapavi endoplazmatski retikulum). Otvaranje kanala može biti uzrokovano depolarizacijom membrane ili djelovanjem signalnih tvari, neurotransmitera (glutamat i ATP, vidi str. 342), sekundarnih glasnika (IP3 i cAMP), kao i tvari biljnog podrijetla ryanodina. U citoplazmi i staničnim organelama postoji mnogo proteina koji mogu vezati Ca2+, od kojih neki djeluju kao pufer.

U visokoj koncentraciji u citoplazmi ioni Ca2+ imaju citotoksični učinak na stanicu. Stoga razina kalcija u pojedinoj stanici doživljava kratkotrajne nalete, povećavajući se 5-10 puta, a stimulacija stanice samo povećava učestalost tih fluktuacija.

Djelovanje kalcija posredovano je posebnim Ca2+-veznim proteinima ("kalcijevim senzorima"), koji uključuju aneksin, kalmodulin i troponin (vidi str. 326). Kalmodulin je relativno mali protein (17 kDa) prisutan u svim životinjskim stanicama. Kada se četiri iona Ca2+ vežu (plavi kružići na dijagramu), kalmodulin prelazi u aktivni oblik sposoban za interakciju s brojnim proteinima. Zbog aktivacije kalmodulina ioni Ca2+ utječu na aktivnost enzima, ionskih pumpi i komponenti citoskeleta.

Inozitol-1,4,5-trifosfat i diacilglicerol

Hidroliza fosfatidilinozitol-4,5-difosfata [FIF2 (PlnsP2)] pomoću fosfolipaze C dovodi do stvaranja dvaju sekundarnih glasnika: inozitol-1,4,5-trifosfata i diacilglicerola. Hidrofilni IP3 ulazi u endoplazmatski retikulum [ER (ER)] i inducira otpuštanje iona Ca2+ iz vezikula za pohranu. Lipofilni DAG ostaje u membrani i aktivira protein kinazu C, koja u prisutnosti Ca2+ fosforilira različite proteinske supstrate, modulirajući njihovu funkcionalnu aktivnost.

Glavni predstavnici hidrofilnih hormona

Derivati ​​aminokiselina.

Naravno, najviše velike skupine Hormoni su steroidni hormoni i peptidni hormoni. Ali postoje i druge grupe.

Biogeni amini (histamin, serotonin, melatonin) i kateholamini (dopa, dopamin, norepinefrin i epinefrin) nastaju dekarboksilacijom aminokiselina.

Histamin

Histamin u ljudskom organizmu - tkivni hormon, medijator koji regulira vitalne funkcije organizma i ima značajnu ulogu u patogenezi niza bolesnih stanja.

Ovaj hormon se taloži u mastocite i bazofile u obliku kompleksa s heparinom, slobodni histamin se brzo deaktivira oksidacijom kataliziranom diamin oksidazom, ili metilira histamin-N-metiltransferazom. Konačni metaboliti histamina – imidazoliloctena kiselina i N-metilhistamin izlučuju se mokraćom.

Histamin u ljudskom tijelu je u neaktivnom stanju. Za traumu, stres, alergijske reakcije količina slobodnog histamina je izrazito povećana. Količina histamina također se povećava kada u tijelo uđu razni otrovi, određena hrana i neki lijekovi.

Slobodni histamin uzrokuje spazam glatke muskulature (uključujući mišiće bronha i krvnih žila), širenje kapilara i sniženje krvnog tlaka, stagnaciju krvi u kapilarama i povećanje propusnosti njihovih stijenki, uzrokuje oticanje okolnog tkiva. tkiva i zgušnjavanje krvi, potiče oslobađanje adrenalina i ubrzani rad srca.

Histamin svoje djelovanje ostvaruje preko specifičnih staničnih histaminskih receptora. Trenutno postoje tri skupine histaminskih receptora, koji su označeni kao H1, H2 i H3.

Histamin ima značajnu ulogu u fiziologiji probave. U želucu histamin izlučuju stanice sluznice slične enterokromafinu (ECL-). Histamin stimulira stvaranje klorovodične kiseline djelovanjem na H2 receptore na parijetalnim stanicama želučane sluznice. Razvijen je i aktivno korišten u liječenju bolesti ovisnih o kiselosti (čir na želucu i dvanaesniku, GERD, itd.) niz lijekova koji se nazivaju H2-blokatori histaminskih receptora, koji blokiraju učinak histamina na parijetalne stanice, čime se smanjuje izlučivanje klorovodične kiseline. kiseline u lumen želuca.

Serotonin

Serotonin(5-hidroksitriptamin, 5-HT) otkriven je tijekom potrage za vazokonstriktorom pronađenim u krvi. Ubrzo je identificiran s enteraminom koji je Erspaimer prije otkrio u crijevima i dešifriran. kemijska struktura, što se pokazalo prilično jednostavnim.

Oko 90% serotonina nalazi se u crijevima, a gotovo isključivo u enterokromafinim stanicama. Također se nalazi u slezeni, jetri, bubrezima, plućima i u raznim endokrinim žlijezdama.

Serotonina ima u glavnom mozgu (relativno mnogo u hipotalamusu i srednjem mozgu, manje u talamusu, hipopolitu, uopće ga nema u žuljevitom tijelu i malom mozgu), te u leđnoj moždini.

Serotonin se formira iz aminokiseline triptofana njegovom sekvencijalnom 5-hidroksilacijom pomoću enzima 5-triptofan hidroksilaze (što rezultira 5-hidroksitriptofanom, 5-HT), a zatim dekarboksilacijom rezultirajućeg hidroksitriptofana pomoću enzima triptofan dekarboksilaze. 5-triptofan hidroksilaza je sintetiziran samo u somi serotonergičkih neurona, hidroksilacija se događa u prisutnosti iona željeza i kofaktora pteridina.

Serotonin ima važnu ulogu u procesima zgrušavanja krvi. Krvne pločice sadrže značajne količine serotonina i imaju sposobnost hvatanja i skladištenja serotonina iz krvne plazme. Serotonin povećava funkcionalnu aktivnost trombocita i njihovu sklonost agregaciji i stvaranju krvnih ugrušaka. Stimulirajući specifične serotoninske receptore u jetri, serotonin uzrokuje povećanje sinteze faktora zgrušavanja u jetri. Oslobađanje serotonina iz oštećenih tkiva jedan je od mehanizama za osiguranje koagulacije krvi na mjestu ozljede.

Serotonin je uključen u procese alergije i upale. Povećava vaskularnu propusnost, pospješuje kemotaksu i migraciju leukocita na mjesto upale, povećava sadržaj eozinofila u krvi, pospješuje degranulaciju mastocita i otpuštanje drugih medijatora alergije i upale. Lokalna (npr. intramuskularna) primjena egzogenog serotonina uzrokuje jaka bol na mjestu ubrizgavanja. Pretpostavlja se da serotonin, uz histamin i prostaglandine, iritirajući receptore u tkivima, ima ulogu u nastanku bolnih impulsa s mjesta ozljede ili upale.

Također, velika količina serotonina se proizvodi u crijevima. Serotonin ima važnu ulogu u regulaciji motiliteta i sekrecije u gastrointestinalnom traktu, pospješujući njegovu peristaltiku i sekretornu aktivnost. Osim toga, serotonin igra ulogu čimbenika rasta za neke vrste simbiotskih mikroorganizama, pospješuje bakterijski metabolizam u debelom crijevu. I same bakterije debelog crijeva donekle pridonose izlučivanju serotonina u crijevima, jer mnoge simbiotske bakterije imaju sposobnost dekarboksilacije triptofana. S disbakteriozom i nizom drugih bolesti debelog crijeva, proizvodnja serotonina u crijevima značajno je smanjena.

Masovno otpuštanje serotonina iz umirućih stanica želučane i crijevne sluznice pod utjecajem citotoksičnih kemoterapijskih lijekova jedan je od uzroka mučnine i povraćanja, proljeva tijekom kemoterapije malignih tumora. Slično se stanje javlja kod nekih malignih tumora koji ektopično proizvode serotonin.

U maternici je također zabilježen visok sadržaj serotonina. Serotonin ima ulogu u parakrinoj regulaciji kontraktilnosti maternice i jajovoda te u koordinaciji porođaja. Proizvodnja serotonina u miometriju povećava se nekoliko sati ili dana prije poroda i još se više povećava izravno tijekom poroda. Također, serotonin je uključen u proces ovulacije - sadržaj serotonina (i niza drugih biološki aktivnih tvari) u folikularnoj tekućini povećava se neposredno prije pucanja folikula, što, očito, dovodi do povećanja intrafolikularnog tlaka.

Serotonin ima značajan učinak na procese ekscitacije i inhibicije u genitalnom sustavu. Na primjer, povećanje koncentracije serotonina kod muškaraca odgađa početak ejakulacije.

Nedostatak ili inhibicija serotonergičkog prijenosa, primjerice, uzrokovana smanjenjem razine serotonina u mozgu, jedan je od čimbenika nastanka depresivnih stanja i težih oblika migrene.

Hiperaktivacija serotoninskih receptora (na primjer, pri uzimanju određenih lijekova) može dovesti do halucinacija. Razvoj shizofrenije može biti povezan s kronično povišenom razinom njihove aktivnosti.

Melatonin

Godine 1958., na Sveučilištu Yale, Lerner i koautori su prvi put izolirani iz 250 000 goveđih epifiza u čisti oblik hormon epifize, koji je identificiran kao 5-metoksi-N-acetil-triptalin ( melatonin).

Promjene u koncentraciji melatonina imaju izražen dnevni ritam u epifizi i u krvi, obično s visokim razinama hormona tijekom noći i niska razina tijekom dana.

Sinteza melatonina sastoji se u činjenici da aminokiselinu triptofan koja cirkulira u krvi apsorbiraju stanice epifize, oksidiraju u 5-hidroksitriptofan i zatim dekarboksiliraju u oblik biogenog amina - serotonina (sinteza serotonina). Većina serotonina metabolizira se u epifizi uz pomoć monoaminooksidaze koja uništava serotonin u drugim organima. Manji dio serotonina acetilira se u pinealnoj žlijezdi u N-acetil serotonin, a ta se tvar zatim pretvara u 5-metoksi-N-acetiltriptamin (melatonin). Posljednji korak u stvaranju melatonina odvija se pod utjecajem posebnog enzima oksindol-O-metiltransferaze. Ispostavilo se da je pinealna žlijezda gotovo jedina tvorevina u kojoj je pronađen ovaj jedinstveni enzim.

Za razliku od serotonina koji se stvara kako u središnjem živčanom sustavu tako i u raznim perifernim organima i tkivima, izvor melatonina je u biti jedan organ – epifiza.

Melatonin regulira rad endokrinog sustava, krvni tlak, učestalost spavanja, sezonski ritam kod mnogih životinja, usporava proces starenja, pojačava učinkovitost imunološkog sustava, ima antioksidativna svojstva, utječe na procese prilagodbe pri promjeni vremenskih zona.

Osim toga, melatonin je uključen u regulaciju krvnog tlaka, funkcije probavnog trakta i funkcioniranje moždanih stanica.

Sada je dobro poznato da sadržaj serotonina i melatonina u pinealnoj žlijezdi sisavaca varira na određene načine tijekom 24 sata.

Na normalnim uvjetima razine serotonina su najviše tijekom dana. S početkom mraka, sadržaj serotonina u pinealnoj žlijezdi brzo opada (maksimum je 8 sati nakon početka dnevnog svjetla, minimum je 4 sata nakon mraka).

kateholaminski hormoni

Adrenalin Hormon sintetiziran u srži nadbubrežne žlijezde. Njegovo postojanje poznato je više od jednog stoljeća. Godine 1901. Takamine, Aldrich i I. Fürth izolirali su adrenalin iz ekstrakta nadbubrežnih žlijezda u kristalnom stanju. Dvije godine kasnije F. Stolz je sintezom dao konačni dokaz njegove strukture. Pokazalo se da je adrenalin 1-(3,4-dioksifenil)-2-metilaminoetanol.

To je bezbojni kristalni prah. Posjedujući asimetrični atom ugljika, adrenalin postoji u obliku dva optička izomera. Od njih je lijevorotatorno hormonsko djelovanje 15 puta aktivnije od desnorotatornog. On je taj koji se sintetizira u nadbubrežnim žlijezdama.

Srž nadbubrežne žlijezde čovjeka težine 10 g sadrži oko 5 mg adrenalina. Osim toga, u njima su pronađeni i homolozi adrenalina: noradrenalin (0,5 mg) i izopropiradrenalin (u tragovima).

Adrenalin i norepinefrin također se nalaze u ljudskoj krvi. Držati ih unutra venske krvi iznosi 0,04 odnosno 0,2 μg%. Pretpostavlja se da se epinefrin i norepinefrin u obliku soli s ATP-om talože u malim količinama u završecima živčanih vlakana, oslobađajući se kao odgovor na njihovu iritaciju. Kao rezultat toga, uspostavlja se kemijski kontakt između završetka živčanog vlakna i stanice ili između dva neurona.

Sve tri tvari - adrenalin, norepinefrin i izopropiradrenalin - imaju snažan učinak na krvožilni sustav tijela. Osim toga, povećavaju razinu metabolizma ugljikohidrata u tijelu, povećavajući razgradnju glikogena u mišićima. To je zbog činjenice da mišićna fosforilaza, pod djelovanjem adrenalina posredovanog adenilat ciklazom, prelazi iz neaktivnog oblika (fosforilaza b) u aktivni oblik (fosforilaza a).

Stoga adrenalin u mišićima obavlja istu funkciju kao glukagon u jetri, osiguravajući pokretanje reakcije adenilat ciklaze nakon interakcije s površinskim hormonskim receptorom ciljne stanice.

Hormoni simpatično-nadbubrežnog sustava, iako nisu vitalni, njihova je uloga u tijelu iznimno velika: osiguravaju prilagodbu na akutni i kronični stres. Adrenalin, noradrenalin i domafin glavni su elementi reakcije "bori se ili bježi" (javlja se npr. pri neočekivanom susretu s medvjedom u grmu borovnice). Odgovor na strah koji se u isto vrijeme doživljava uključuje brzo integrirano restrukturiranje mnogih složenih procesa u organima koji su izravno uključeni u ovu reakciju (mozak, mišići, kardiopulmonalni sustav i jetra). Adrenalin u ovom "odgovoru":

) brzo opskrbljuje masne kiseline, koje djeluju kao glavno primarno gorivo za mišićnu aktivnost;

) mobilizira glukozu kao izvor energije za mozak - povećanjem glikogenolize i glukoneogeneze u jetri i smanjenjem unosa glukoze u mišićima i drugim organima;

) smanjuje oslobađanje inzulina, što također sprječava apsorpciju glukoze od strane perifernih tkiva, štedeći je kao rezultat za središnji živčani sustav.

Živčana stimulacija srži nadbubrežne žlijezde dovodi do spajanja kromafinskih granula s plazmatskom membranom i tako uzrokuje otpuštanje norepinefrina i epinefrina egzocitozom. Ovaj proces je ovisan o kalciju i, poput drugih egzocitotskih procesa, stimuliran je kolinergičkim i β-adrenergičkim agensima, a inhibiran α-adrenergičkim agensima. Kateholamini i ATP se oslobađaju u istom omjeru u kojem su prisutni u granulama. Ovo se također odnosi na druge komponente, uključujući DBH, kalcij i kromogranin A.

Ponovna pohrana kateholamina u neuronima važan je mehanizam koji s jedne strane osigurava očuvanje hormona, as druge strane brzi prestanak hormonske ili neurotransmiterske aktivnosti. Za razliku od simpatičkih živaca, srži nadbubrežne žlijezde nedostaje mehanizam za ponovnu pohranu i skladištenje oslobođenih kateholamina. Adrenalin koji luče nadbubrežne žlijezde prenosi se u jetru i skeletni mišići, ali se zatim brzo metabolizira. Samo vrlo mali dio norepinefrina dospijeva do udaljenih tkiva. Kateholamini cirkuliraju u plazmi u slabo povezanom obliku s albuminom. Vrlo su kratkotrajni: njihov biološki poluživot je 10 - 30 sekundi.

Mehanizam djelovanja kateholamina privlači pozornost istraživača gotovo cijelo stoljeće. Doista, mnogi opći koncepti biologije receptora i djelovanja hormona potječu iz velikog broja studija.

Kateholamini djeluju kroz dvije glavne klase receptora: α-adrenergičke i β-adrenergičke. Svaki od njih je podijeljen u dvije podklase: redom α 1 i α 2 , β 1 i β 2 . Ova se klasifikacija temelji na relativnom redoslijedu vezanja na različite agoniste i antagoniste. Adrenalin veže (i aktivira) i α- i β-receptore, pa stoga njegov učinak na tkivo koje sadrži receptore obje klase ovisi o relativnom afinitetu tih receptora za hormon. Norepinefrin se u fiziološkim koncentracijama veže uglavnom na α-receptore.

Feokromocitomi su tumori srži nadbubrežne žlijezde koji se obično ne dijagnosticiraju sve dok ne počnu proizvoditi i lučiti adrenalin i norepinefrin u količinama dovoljnim da izazovu tešku hipertenziju. Kod feokromocitoma, odnos norepinefrin/adrenalin često je povišen. Možda to objašnjava razlike u kliničkim manifestacijama, jer se noradrenalinu pripisuje glavna uloga u patogenezi hipertenzije, a adrenalinu se smatra odgovornim za hipermetabolizam.

Peptidni i proteinski hormoni

Sada je poznato nekoliko desetaka prirodnih peptidnih hormona, a njihov se popis postupno nadopunjuje.

Zahvaljujući širokoj upotrebi metoda brzog razvoja kemije proteina posljednjih godina, dobiven je niz peptidnih hormona u homogenom stanju, proučavan je njihov aminokiselinski sastav, primarni (au slučaju proteinskih hormona, sekundarni). , tercijarne i kvartarne) strukture su identificirane, a neke od njih su pripravljene sintetski. Štoviše, veliki napredak u području kemijske sinteze peptida omogućio je umjetno dobivanje mnogih peptida koji su izomeri ili analozi prirodnih peptida. Proučavanje hormonske aktivnosti potonjih donijelo je iznimno važne informacije o odnosu strukture peptidnih hormona i njihove funkcije.

Najvažniji peptidni hormoni su tireotropin, inzulin, glukagon, gastrin, oksitocin, vazopresin.

Thyrotropin

Tirotropin - protein koji luči prednja hipofiza. To je glikoprotein s M = 28300, sastavljen od dvije nejednake podjedinice (M = 13600 i 14700), iznimno bogat disulfidnim mostovima (5, odnosno 6). Primarna struktura tireotropina u bikova i svinja saznajem.Uz nedostatak tireotropina (hipofunkcija hipofize) aktivnost štitnjače je oslabljena, smanjuje se u veličini, a sadržaj hormona koji luči u krvi se smanjuje. - tiroksin - prepolovljen je.

Dakle, tireotropin stimulira aktivnost štitnjače. Zauzvrat, lučenje tireotropina regulirano je principom povratne veze hormona štitnjače. Posljedično, aktivnost dviju spomenutih endokrinih žlijezda je fino usklađena.

Uvođenje tireotropina uzrokuje višestruke pomake u metabolizmu: nakon 15-20 minuta povećava se lučenje hormona štitnjače i povećava se njegova apsorpcija joda, koji je neophodan za sintezu ovih hormona; povećava se unos kisika u štitnjaču, povećava se oksidacija glukoze, aktivira se metabolizam fosfolipida i neoplazma RNA. Sada je utvrđeno da se mehanizam djelovanja tireotropina, kao i mnogih drugih peptidnih hormona, svodi na aktivaciju adenilat ciklaze, koja se nalazi u neposrednoj blizini receptorskog proteina na koji se veže tireotropin. Kao posljedica toga, u Štitnjača ubrzava se niz procesa, uključujući i biosintezu hormona štitnjače.

Inzulin

inzulin - protein koji se proizvodi u β-stanicama gušterače. Njegova struktura je detaljno proučena. Inzulin je bio prvi protein čiju je primarnu strukturu razjasnio F. Sanger. On je bio prvi protein dobiven kemijskom sintezom.

Po prvi put, prisutnost u žlijezdi hormona koji utječe na metabolizam ugljikohidrata primijetili su Mehring i O. Minkovsky (1889). Kasnije je L.V. Sobolev (1901.) je utvrdio da je izvor inzulina u gušterači njezin inzularni dio, u vezi s čim je 1909. ovaj hormon, još ne individualiziran, dobio naziv inzulin (od lat. insula- otok). Godine 1992. F. Banting i G. Best prvi su put pripremili aktivni pripravak inzulina, a do 1926. razvijene su metode za njegovu izolaciju u visoko pročišćenom stanju, uključujući i u obliku kristalnih pripravaka koji sadrže 0,36% Zn.

Inzulin se sintetizira u beta stanicama Langerhansovih otočića normalnim mehanizmom sinteze proteina. Translacija inzulina počinje na ribosomima povezanim s endoplazmatskim retikulumom, stvaranjem preprohormona inzulina. Ovaj početni preprohormon molekularne težine 11500 cijepa se u endoplazmatskom retikulumu u proinzulin molekularne težine oko 9000. Nadalje, u Golgijevom aparatu većina se razgrađuje u inzulin koji je upakiran u sekretorne granule i peptidni fragment. Međutim, gotovo 1/6 konačnog izlučenog produkta ostaje u obliku proinzulina. Proinzulin je neaktivni oblik hormona.

Molekularna težina kristalnog inzulina je 36 000. Njegova molekula je multimer sastavljen od šest protomera i dva atoma Zn. Protomeri tvore dimere koji stupaju u interakciju s imidazolnim radikalima gis 10 B lanaca i pospješuju njihovu agregaciju u heksamer. Raspadajući se, multimer daje tri subčestice molekulske težine od 12 000 svaka. Zauzvrat, svaka subčestica se dijeli na dva jednaka dijela s M = 6000. Sve navedene modifikacije inzulina - protomer, damer i heksamer - imaju punu hormonsku aktivnost. Stoga se molekula inzulina često poistovjećuje s protomerom s punom biološkom aktivnošću (M = 6000), pogotovo jer u fiziološkim uvjetima inzulin postoji u monomernom obliku. Daljnja fragmentacija molekule inzulina (s M = 6000) u lanac A (od 21 aminokiselinskog ostatka) i lanac B (od 30 aminokiselinskih ostataka) dovodi do gubitka hormonskih svojstava.

Inzulini izolirani iz gušterače različitih životinja gotovo su identični u svojoj primarnoj strukturi. S nedovoljnom razinom biosinteze inzulina u gušterači čovjeka (normalno se sintetizira 2 mg inzulina dnevno), razvija se karakteristična bolest - dijabetes ili dijabetes melitus. To povećava glukozu u krvi (hiperglikemija) i povećava izlučivanje glukoze urinom (glukozurija). Istodobno se razvijaju različiti sekundarni fenomeni - smanjuje se sadržaj glikogena u mišićima, usporava se biosinteza peptida, proteina i masti, dolazi do poremećaja metabolizma minerala itd.

Uvođenje inzulina injekcijom ili per os (u usta) u obliku lijeka inkapsuliranog u liposome uzrokuje suprotan učinak: smanjenje glukoze u krvi, povećanje zaliha glikogena u mišićima, povećanje anaboličkih procesa, normalizaciju mineralnih metabolizam, itd. Svi navedeni fenomeni posljedica su promjena propusnosti glukoze pod utjecajem inzulina. stanične membrane, na čijoj su površini detektirani inzulinski receptori visokog i niskog afiniteta za Ca 2+. Povećavajući stupanj prodiranja glukoze u stanicu i substanične čestice, inzulin povećava mogućnosti njezine primjene u određenim tkivima, bilo da se radi o biosintezi glikogena iz njega ili njegovoj dihotomnoj ili apotomskoj razgradnji.

Kada inzulin stupa u interakciju s receptorom stanične membrane, pobuđuje se aktivnost domene protein kinaze inzulinskog receptora, što utječe na unutarstanični metabolizam ugljikohidrata, lipida i proteina. Inzulin nema tipičan mehanizam djelovanja adenilat ciklaze.

Glukagon

U gušterači, osim inzulina, proizvodi se još jedan hormon koji utječe na metabolizam ugljikohidrata - glukagon.

Ovo je 29-člani peptid sintetiziran u α-stanicama inzularnog dijela gušterače. Prvi spomen ovog hormona datira iz 1923. godine, kada su I. Murlin i njegovi suradnici otkrili njegovu prisutnost u inzulinskim pripravcima. Godine 1953. F. Straub je dobio glukagon u obliku homogenog kristalnog pripravka, a nešto kasnije je razjašnjena njegova primarna struktura. Potpuna sinteza glukagona izvršena je 1968. (E. Wunsch i suradnici). Prema rendgenskoj difrakcijskoj analizi (T. Blandel) molekula glukagona je pretežno u α-spiralnoj konformaciji i sklona je stvaranju oligomera.

Utvrđeno je da je primarna struktura ljudskog i životinjskog glukagona identična; jedina iznimka je pureći glukagon, koji na poziciji 28 ima serin umjesto asparagina. Značajka strukture glukagona je odsutnost disulfidnih veza i cisteina. Glukagon se formira iz svog prekursora proglukagona, koji sadrži dodatni oktapeptid (8 ostataka) na C-kraju polipeptida, koji se odcjepljuje tijekom postsintetske proteolize. Postoje dokazi da proglukagon, poput proinzulina, ima prekursor - preproglukagon (molekularne težine 9000), čija struktura još nije dešifrirana.

Prema biološkom učinku glukagon, kao i adrenalin, spada u hiperglikemijske čimbenike, uzrokuje povećanje koncentracije glukoze u krvi, uglavnom zbog razgradnje glikogena u jetri. Ciljni organi za glukagon su jetra, miokard, masno tkivo, ali ne i skeletni mišići. Biosinteza i izlučivanje glukagona kontrolirana je uglavnom koncentracijom glukoze na principu povratne sprege. Ista svojstva imaju aminokiseline i slobodne masne kiseline. Na izlučivanje glukagona također utječu inzulin i inzulinu slični faktori rasta.

U mehanizmu djelovanja glukagona primarno je vezanje na specifične receptore stanične membrane, nastali receptorski kompleks glukagona aktivira adenilat ciklazu i, sukladno tome, stvaranje cAMP. Potonji, budući da je univerzalni efektor unutarstaničnih enzima, aktivira protein kinazu, koja zauzvrat fosforilira fosforilazu kinazu i glikogen sintazu. Fosforilacija prvog enzima potiče stvaranje aktivne glikogen fosforilaze i, sukladno tome, razgradnju glikogena uz stvaranje glukoza-1-fosfata, dok je fosforilacija glikogen sintaze popraćena njezinim prijelazom u neaktivni oblik i, sukladno tome, blokiranjem sinteza glikogena. Ukupni učinak glukagona je ubrzavanje razgradnje glikogena i inhibicija njegove sinteze u jetri, što dovodi do povećanja koncentracije glukoze u krvi.

Hiperglikemijski učinak glukagona nije posljedica samo razgradnje glikogena. Postoje nepobitni dokazi o postojanju glukoneogenetskog mehanizma za hiperglikemiju izazvanu glukagonom. Utvrđeno je da glukagon potiče stvaranje glukoze iz međuproizvoda metabolizma proteina i masti. Glukagon stimulira stvaranje glukoze iz aminokiselina inducirajući sintezu enzima glukoneogeneze uz sudjelovanje cAMP-a, posebice fosfoenolpiruvat karboksinaze, ključnog enzima ovog procesa. Glukagon, za razliku od adrenalina, inhibira glikolitičku razgradnju glukoze u mliječnu kiselinu, čime pridonosi hiperglikemiji. Izravno aktivira tkivnu lipazu putem cAMP-a, pružajući snažan lipolitički učinak. Postoje i razlike u fiziološkom djelovanju: za razliku od adrenalina, glukagon ne povećava krvni tlak i ne ubrzava rad srca. Valja napomenuti da je osim pankreasnog glukagona nedavno dokazano postojanje intestinalnog glukagona koji se sintetizira u cijelom probavnom traktu i ulazi u krv. Primarna struktura intestinalnog glukagona još nije točno dešifrirana, međutim, aminokiselinske sekvence identične N-terminalnom i srednjem dijelu pankreasnog glukagona, ali različite C-terminalne aminokiselinske sekvence, otkrivene su u njegovoj molekuli.

Dakle, otočići gušterače, sintetizirajući dva suprotna djelovanja hormona - inzulin i glukagon, igraju ključnu ulogu u regulaciji tvari na molekularnoj razini.

Gastrin

Gastrin Proizvode ga G-stanice lokalizirane u antralnoj sluznici želuca i, u manjoj mjeri, u sluznici dvanaesnika.

Postoje tri glavna prirodna oblika gastrina: "veliki gastrin" ili gastrin-34 - polipeptid od 34 aminokiseline, "mali gastrin" ili gastrin-17 koji se sastoji od 17 aminokiselina i "minigastrin" ili gastrin- 14, koji se sastoji od 14 aminokiselina.

Heterogeniji je po veličini molekule nego bilo koji drugi gastrointestinalni hormon. Osim toga, svaki od oblika gastrina postoji u sulfoniranom i nesulfoniranom obliku (prema jednom tirozinskom ostatku). C-terminalnih 14 aminokiselina u gastrinu 34, gastrinu 17 i gastrinu 14 su identične. Gastrin 34 je prisutan u krvi u većim količinama nego gastrin 17. To je vjerojatno zbog činjenice da je njegov poluživot u plazmi (15 min) 5-7 puta duži od onog za gastrin 17. Potonji, očito, djeluje kao glavni stimulator lučenja kiseline u želucu, koje je regulirano mehanizmom negativne povratne sprege, budući da zakiseljavanje sadržaja antralnog dijela želuca smanjuje lučenje gastrina. Gastrin također potiče želučano izlučivanje. C-završetak hormona odgovoran je za biološku aktivnost, C-terminalni pentapeptid uzrokuje cijeli niz fizioloških učinaka gastrina 17, ali po jedinici mase imam samo 1/10 njegove biološke aktivnosti.

Vazopresin i okcitocin.

Oba hormona nastaju u hipotalamusu, zatim se aksoplazmatskom strujom prenose do živčanih završetaka stražnje hipofize, odakle se uz odgovarajući podražaj izlučuju u krvotok. Značenje ovog mehanizma je vjerojatno da vam omogućuje zaobilaženje krvno-moždane barijere. ADH se sintetizira uglavnom u supraoptičkoj jezgri, oksitocin - u paraventrikularnoj jezgri. Svaki od njih kreće se duž aksona u obliku povezanom sa specifičnim proteinom nosačem (neurofizin). Neurofizini I i II sintetiziraju se zajedno s oksitocinom, odnosno ADH, kao dijelovi jednog proteina (ponekad se naziva propresofizin) kodiranog jednim genom. Neurofizini I i II su osebujni proteini s molekularnom težinom od 19 000, odnosno 21 000. ADH i oksitocin izlučuju se u krvotok odvojeno, svaki sa svojim neurofizinom. U krvi nisu vezani za proteine ​​i imaju kratko vrijeme poluživota u plazmi (2-4 min).

Svaki nonapeptid sadrži molekule cisteina na pozicijama 1 i 6 povezane disulfidnim mostom. Arginin-vazopresin se nalazi u većini životinja, ali lizin se nalazi na poziciji 8 u svinja i srodnih vrsta. Budući da su ADH i oksitocin vrlo slične strukture, nije iznenađujuće da dijele neke zajedničke biološke učinke. Oba peptida se uglavnom metaboliziraju u jetri, ali časno izlučivanje ADH daje značajan doprinos njegovom nestanku iz krvi.

Glavni podražaji za oslobađanje oksitocina su živčani impulsi koji se javljaju kada su bradavice nadražene. Rastezanje vagine i maternice ima sporednu ulogu. Mnoga izlaganja koja uzrokuju lučenje oksitocina rezultiraju oslobađanjem prolaktina; sugeriraju da bi fragment oksitocina mogao igrati ulogu čimbenika koji oslobađa prolaktin. Estrogen stimulira, dok progesteron inhibira proizvodnju oksitocina i neurofizina I.

Mehanizam djelovanja oksitocina nije poznat. Izaziva kontrakciju glatke muskulature maternice i stoga se koristi u farmakološkim dozama za poticanje radna aktivnost među ženama. Zanimljivo je da kod gravidnih životinja s oštećenim hipotalamo-hipofiznim sustavom nema smetnji porođajnoj aktivnosti. Najvjerojatnija fiziološka funkcija oksitocina je poticanje kontrakcija u mioepitelnim stanicama koje okružuju alveole dojke. To uzrokuje kretanje mlijeka u sustav alveolarnih kanala i rezultira njegovim izbacivanjem. Membranski receptori za oksitocin nalaze se u tkivima maternice i dojke. Njihov se broj povećava pod utjecajem estrogena, a smanjuje pod utjecajem progesterona. Početak laktacije prije poroda očito se može objasniti istodobnim povećanjem količine estrogena i padom razine progesterona neposredno prije poroda. Derivati ​​progesterona često se koriste za suzbijanje postporođajne laktacije u žena. Čini se da se oksitocin i neurofizin I također proizvode u jajnicima, gdje oksitocin može inhibirati steroidogenezu.

Kemijske skupine bitne za djelovanje oksitocina uključuju primarnu amino skupinu N-terminalnog cisteina, fenolnu skupinu tirozina, 3 karboksamidne skupine asparagina, glutamina i glicinamida, disulfidnu vezu (S-S) vezu. Uklanjanjem ili supstitucijom ovih skupina dobiveni su brojni analozi oksitocina. Na primjer, uklanjanje slobodne primarne amino skupine terminalnog ostatka semicisteina (položaj 1) dovodi do stvaranja deaminooksitocina, čija je antidiuretička aktivnost 4-5 puta veća od aktivnosti prirodnog oksitocina.

Živčani impulsi koji uzrokuju lučenje ADH rezultat su brojnih različitih stimulacijskih čimbenika. Glavni fiziološki podražaj je povećanje osmolalnosti plazme. Njegov učinak posredovan je osmoreceptorima koji se nalaze u hipotalamusu i baroreceptorima koji se nalaze u srcu i drugim dijelovima krvožilnog sustava. Hemodilucija (smanjenje osmolalnosti) ima suprotan učinak. Ostali podražaji uključuju emocionalne i fizički stres i izloženost farmakološkim agensima, uključujući acetilkolin, nikotin i morfij. U većini slučajeva, povećanje sekrecije kombinira se s povećanjem sinteze ADH i neurofizina II, budući da nema iscrpljivanja rezervi hormona. Epinefrin i sredstva koja uzrokuju ekspanziju plazme suzbijaju izlučivanje ADH; etanol ima sličan učinak.

Fiziološki najvažnije ciljne stanice za ADH u sisavaca su stanice distalnih zavojitih tubula i sabirnih kanalića bubrega. Ovi kanali prolaze kroz bubrežnu srž, gdje je gradijent osmolalnosti izvanstaničnih otopljenih tvari 4 puta veći nego u plazmi. Stanice ovih kanala su relativno nepropusne za vodu, tako da u nedostatku ADH, urin nije koncentriran i može se izlučiti u količinama većim od 20 litara dnevno. ADH povećava propusnost stanica za vodu i pomaže u održavanju osmotske ravnoteže između urina sabirnih kanalića i hipertoničnog sadržaja intersticijalnog prostora, tako da volumen urina ostaje unutar 0,5 - 1 litre dnevno. Na sluznicama (mokraćnih) membrana epitelnih stanica ovih struktura nalaze se ADH receptori koji su povezani s adenilat ciklazom; Vjeruje se da je djelovanje ADH na bubrežne tubule posredovano cAMP-om. Opisano fiziološko djelovanje bilo je osnova za nazivanje hormona „antidiuretikom". cAMP i inhibitori fosfodiesteraze oponašaju učinke ADH. budući da učinak samog cAMP-a nije smanjen.) Ovaj mehanizam može biti djelomično odgovoran za povećanu diurezu koja je karakteristična za bolesnika s hiperkalcijemijom.

Poremećaji u lučenju ili djelovanju ADH dovode do dijabetes insipidusa, koji je karakteriziran izlučivanjem velikih količina razrijeđene mokraće. Primarni dijabetes insipidus povezan s nedostatkom ADH obično se razvija kada je hipotalamo-hipofizni trakt oštećen zbog prijeloma baze lubanje, tumora ili infekcije; međutim, može biti i nasljedno. U nasljednom nefrogenom dijabetes insipidusu, lučenje ADH ostaje normalno, ali ciljne stanice gube svoju sposobnost da odgovore na hormon, vjerojatno zbog oslabljene recepcije hormona. Ova nasljedna mana razlikuje se od stečenog nefrogenog dijabetes insipidusa, koji se najčešće javlja kod terapijske primjene litija u bolesnika s manično-depresivnom psihozom. Sindrom neodgovarajućeg lučenja ADH obično je povezan s ektopičnom produkcijom hormona različitim tumorima (obično tumorima pluća), ali se također može uočiti kod bolesti mozga, infekcija pluća ili hipotireoze. Takvo se izlučivanje smatra neadekvatnim jer se proizvodnja ADH događa normalnom ili povećanom brzinom u uvjetima hipoosmolaliteta, a to uzrokuje stalnu i progresivnu hiponatrijemiju s otpuštanjem hipertoničnog urina.

Zaključak

Hidrofilni hormoni i hormonima slične tvari građeni su od aminokiselina. kao što su proteini i peptidi, ili su derivati ​​aminokiselina. U velikim količinama talože se u stanicama endokrinih žlijezda i po potrebi ulaze u krv. Većina tih tvari prenosi se krvotokom bez sudjelovanja prijenosnika. Hidrofilni hormoni djeluju na ciljne stanice tako da se vežu za receptor na plazma membrani.

Hidrofilni hormoni igraju važnu ulogu u ljudskom tijelu. Njihova glavna funkcija, kao i svih hormona, je održavanje ravnoteže u tijelu (homeostaza). Imaju ključnu ulogu u regulaciji funkcija rasta, razvoja, metabolizma, reakcija na promjenjive uvjete okoliša i još mnogo toga.

Sve na što reagiramo - alergije, upale, strah i sl. - posljedica je rada hormona.

Također, svaka radnja koju obavljaju unutarnji organi osobe uzrokovana je hormonima, koji su svojevrsne signalne tvari u tijelu.

Bibliografija

1) Kolman Ya., Rem K. - G., Vizualna biokemija // Hormoni. Hormonalni sustav. - 2000. - str. 358-359, 368-375.

) Berezov T.T., Korovkin B.F., Biološka kemija // Nomenklatura i klasifikacija hormona. - 1998. - str. 250-251, 271-272.

) Filippovich Yu.B., Osnove biokemije // Hormoni i njihova uloga u metabolizmu. - 1999. - str. 451-453, 455-456, 461-462.

) Ovchinnikov Yu.A., Bioorganska kemija // Peptidni hormoni. - 1987. - str.274.

) Murray R., Grenner D., Humana biokemija // Biochemistry of human intra- and intercellular communications. - 1993. - str.181-183, 219-224, 270.

) Naumenko E.V., Popova.P.K., Serotonin i melatonin u regulaciji endokrinog sustava. - 1975. - str.4-5, 8-9, 32, 34, 36-37, 44, 46.

) Grebenshchikov Yu.B., Moshkovsky Yu.Sh., Bioorganska kemija // Fizička i kemijska svojstva, struktura i funkcionalna aktivnost inzulina. - 1986. - str.296.

Sekundarni posrednici (sekundarni glasnici) - komponente sustava prijenosa signala u stanici. Niske su molekularne težine kemijski spojevi imajući specifičan sustav sinteze i raspada. Malo ih je u mirovanju. Koncentracija VP se brzo mijenja pod djelovanjem izvanstaničnih signala (hormoni, neurotransmiteri). VP imaju jasne specifične mete (efektorske proteine) preko kojih posreduju u staničnom odgovoru.

VP karakteriziraju sljedeća svojstva: imaju malu molekulsku težinu i velikom brzinom difundiraju u citoplazmi; brzo se cijepaju i brzo uklanjaju iz citoplazme. Drugi glasnici moraju imati visoku stopu sinteze i razgradnje: pri niskoj stopi metabolizma neće moći pratiti brze promjene u stimulaciji receptora.

Dodijeliti 3 grupe sekundarni posrednici.

- hidrofilne molekule(cAMP, cGMP, IP 3, Ca 2+, H 2 O 2) djeluju u citosolu.

- hidrofobne molekule(diacilgliceroli DAG i fosfatidilinozitoli PIP n) djeluju lokalno u membranama.

- plinovi(NO, CO, H2S) su kratkotrajni, ali relativno stabilni produkti reaktivnih spojeva kisika; topljivi su u citosolu i mogu ući u stanicu izvana kroz plazma membranu.

Sustavi signalizacije koji koriste druge posrednike imaju tri razine pojačanja signala. Prvo pojačanje događa se na razini membrane. Dok je receptor vezan za ligand, on aktivira nekoliko ciljeva (G proteina). Dok je GTP na aktivnom mjestu G-proteina, on zauzvrat aktivira nekoliko efektora. Ovi efektori čine drugu i najjaču razinu pojačanja signala. U pravilu su to enzimi visoke katalitičke moći i broja obrtaja. Njihov zadatak je sintetizirati brojne druge glasnike. Ovo predstavlja treću fazu amplifikacije.

Sekundarni posrednici sudjeluju u signalizaciji od membranskih receptora spregnutih na G-proteine.

Putevi prijenosa signala uz sudjelovanje G-proteina – protein kinaze uključuju Sljedeći koraci.

1) Ligand se veže na receptor na staničnoj membrani.

2) Receptor vezan za ligand, u interakciji s G-proteinom, aktivira ga, a aktivirani G-protein veže GTP.

3) Aktivirani G-protein stupa u interakciju s jednim ili više sljedećih spojeva: adenilat ciklaza, fosfodiesteraza, fosfolipaze C, A 2 , D, aktivirajući ih ili inhibirajući.

4) Intracelularna razina jednog ili više sekundarnih glasnika, kao što su cAMP, cGMP, Ca 2+, IP 3 ili DAG, raste ili pada.

5) Povećanje ili smanjenje koncentracije drugog glasnika utječe na aktivnost jedne ili više protein kinaza ovisnih o njemu, kao što su protein kinaza ovisna o cAMP (protein kinaza A), protein kinaza ovisna o cGMP (PCG), protein kinaza ovisna o kalmodulinu(CMPC), protein kinaza C. Promjena koncentracije drugog glasnika može aktivirati jedan ili drugi ionski kanal.

6) Mijenja se razina fosforilacije enzima ili ionskog kanala, što utječe na aktivnost ionskog kanala, uzrokujući konačni odgovor stanice.

(Više detaljan dijagram):

5. Klasifikacija membranskih receptora.

Prema strukturi i mehanizmu djelovanja postoje 4 glavne skupine koje su integralni membranski proteini. Receptori izravno povezani s ionskim kanalima(N-kolinergički receptori, na primjer) (ionski kanali upravljani ligandom, LGIC) i Trimerni receptori povezani s G proteinom(M-kolinergički receptori, na primjer) (G-protein spregnuti receptori, GPCR) čine dvije najpoznatije i karakterizirane skupine. U grupi receptori izravno povezani s enzimima(Receptori inzulina izravno povezani s tirozin kinazom, na primjer) - nekoliko podskupina: receptor tirozin kinaze(receptor protein tirozin kinaze, RPTK) i mala skupina receptora serin/treonin kinaze, kao i Receptorski enzimi s ne-kinaznom aktivnošću kao što je gvanilil ciklaza (GCase). 4- citokinske receptore(citokinski receptori, CR) (interferonski receptori α, β, γ, na primjer). Po načinu djelovanja vrlo su slični RRTK, ali nemaju vlastitu enzimsku aktivnost te privlače enzime iz citosola kao partnere. Potonji su uglavnom protein kinaze koje vežu aktivirane citokinske receptore i tek potom fosforiliraju specifične supstrate, prenoseći tako signal u citoplazmu. Valja napomenuti da membranska lokalizacija svih ovih receptora ne znači da su smješteni isključivo na površini stanice. Također se mogu nalaziti na unutarnjim membranama organela, na primjer, na endosomima, mitohondrijima ili endoplazmatskom retikulumu.

Prema funkcionalnom opterećenju: ionotropni i metabotropni. U biti, ova podjela odražava tip staničnog odgovora na aktivaciju ovih receptora. Prema nazivu, ionotropni receptori reguliraju ionske struje, tj. kontrolirati ionske kanale povezane s ligandom. Brzo se mijenjaju membranski potencijal te tako posreduju u najbržim odgovorima stanica na utjecaje okoline (stanice vida, okusa i mirisa). Naprotiv, metabotropni receptori reguliraju metaboličke transformacije (protok energije) unutar stanice. Oni koriste adapterske proteine ​​i enzime za prijenos signala i promjenu aktivnosti ciljnih enzima.

6. Načini regulacije aktivnosti enzima: promjena broja proteinskih molekula ili njegove posttranslacijske modifikacije. Vrste posttranslacijskih modifikacija koje koriste receptori za prijenos signala. Primjeri.
Hormoni aktiviraju efektorske sustave receptora – promjena aktivnosti unutarstaničnih enzima. Pod kontrolom hormona 6 od 8 mehanizama regulacije enzima. 4 (kovalentna modifikacija, interakcije protein-protein, alosterična regulacija i ograničena proteoliza) - brze promjene specifične aktivnosti enzima, 2 (promjene u razini ekspresije i izoformnog sastava proteina) povezane su s promjenom količine enzima u stanici i posredno mijenjaju njihovu ukupnu aktivnost u stanici.

Ostatak, koji nije povezan s hormonima: promjene u koncentraciji sudionika u r-ciji, d-e metaboliti.
1) 1. Dostupnost supstrata ili koenzima

Pri konstantnoj temperaturi, brzina kemijske reakcije proporcionalna je umnošku koncentracije reaktanata. bez izravne hormonalne kontrole. ubrzati ili usporiti

Za ciklus trikarboksilnih kiselina (TCA) supstrat je oksalacetat(oksaloctena kiselina). Prisutnost oksaloacetata "gura" reakcije ciklusa, što omogućuje da se acetil-SCoA uključi u oksidaciju.

∆G" = ∆G0" + RT ul[(C+D)/(A+B)],

gdje je ΔG" stvarna promjena Gibbsove slobodne energije pri pH 7, ΔG 0 " je standardna promjena Gibbsove slobodne energije pri pH 7 za danu reakciju (pri ravnotežnim koncentracijama reaktanata od 1 Mol/l i 25 o C), R je univerzalna plinska konstanta, T - Kelvinova temperatura, A, B, C, D - ravnotežne koncentracije reaktanata.

Hormoni neizravno utječu na ravnotežne koncentracije reaktanata, djelujući na ireverzibilne reakcije. Njihova brzina se povećava, količina proizvoda također. Nema smisla mijenjati aktivnost enzima koji posreduju ravnotežne reakcije, budući da enzim ne pomiče ravnotežu reakcije.

2) U mnogim metaboličkim putovima metaboliti daljinski utječu na aktivnost enzima. izravne ili povratne veze unutar metaboličkog lanca. Konačni metabolit - mehanizam negativne povratne sprege. Početni metabolit - izravna regulacija.

Efektori su kompetitivni ili alosterični regulatori.

3)kovalentne modifikacije s dodatkom radikala niske molekulske mase proteinskim molekulama – na posttranslacijskoj razini. najčešći mehanizam.

aminokiselinski ostaci (ostaci serina, treonina, tirozina, lizina, arginina, prolina i dikarboksilnih aminokiselina) mogu se modificirati. dodaju se metilne, acetilne i hidroksilne skupine, biotin, dušikov oksid, fosfati, sulfati i veći supstituenti ugljikohidratne, lipidne, proteinske ili nukleotidne prirode (ADP-ribozil). Glikozilacija je glavna modifikacija vanjskih proteina glikokaliksa, a prenilacija s lipidnim ostacima služi za prisilnu lokalizaciju proteina na membrani.

Fosforilacija koristi se za prijenos signala u stanicu. fosfatna skupina djeluje kao oznaka koja fiksira samu činjenicu prijenosa signala s jedne komponente kaskade (protein kinaza) na drugu (supstrat). Ponekad je ovaj signal defosforilacija (fosfataza)

Fosforilacija - promjene u aktivnosti krajnjih sudionika u signalnim kaskadama. Mnoge mete su transferaze (kovalentne modifikacije njihovih supstrata). Na primjer, djelovanje niza hormona usmjereno je na promjenu transkripcijske aktivnosti i sastava proteina stanice. Uključuje enzime koji modificiraju proteine ​​kromatina, faktore transkripcije i kinaze koje ih fosforiliraju. Kao rezultat aktivacije, kinaze faktora transkripcije i proteini kromatina prelaze iz citoplazme u jezgru, povećavaju dostupnost određenih regija genoma i aktiviraju transkripciju post-translacijskom modifikacijom brojnih ciljnih proteinskih ostataka. Transkripcijski faktori (p53): fosforilacija. acetilirani ili ubikvitinirani i sumoilirani radi uspješnije kompartmentalizacije. Histoni i drugi proteini kromatina: razne modifikacije - promjena gustoće kromatina i povećanje dostupnosti dijelova DNA za transkripciju. (fosforilacija, metilacija i acetilacija unutar kratke sekvence odgovorne za funkcionalnu aktivnost ovog proteina).

4) Alosterični enzimi - od 2 ili više podjedinica: neke podjedinice sadrže katalitički centar, druge imaju alosterički centar i regulatorne su. Vezanje efektora za alosteričku podjedinicu je promjena u konformaciji proteina i aktivnosti katalitičke podjedinice.

alosterički enzimi ( ključni enzimi) obično stoje na početku metaboličkih putova, a tijek mnogih kasnijih reakcija ovisi o njihovoj aktivnosti.

fruktoza-2,6-bisfosfat, 2,3-bisfosfogliceral - produkti glikolize - alosterički regulatori

5) Ograničena (djelomična) proteoliza proenzima - veći prethodnik a kada uđe na pravo mjesto, ovaj enzim se aktivira kroz cijepanje peptidnih fragmenata iz njega. štiti unutarstanične strukture od oštećenja. Probavne enzime (pepsin, tripsin, kimotripsin) proizvode žljezdane stanice u neaktivnom proenzimskom obliku. aktiviraju se ograničenom proteolizom već u lumenu želuca (pepsin) ili crijeva (ostatak).

6) interakcija protein-protein - ne metaboliti biokemijskih procesa, već specifični proteini djeluju kao regulator. Općenito, situacija je slična alosteričnom mehanizmu: nakon utjecaja bilo kojeg čimbenika na određene proteine, aktivnost tih proteina se mijenja, a oni, zauzvrat, djeluju na željeni enzim.

Membranski enzim adenilat ciklaza osjetljiv na udarce G-vjeverica, koji se aktivira kada određeni hormoni (epinefrin i glukagon) djeluju na stanicu.

7.8) Promjena razina izražavanja ili sastav izoforme enzimi - dugoročne regulatorne strategije (transkripcijski čimbenici, promjena brzine i učinkovitosti transkripcije gena). - steroidni i hormoni štitnjače. Zajedno s unutarstaničnim receptorima kreću se u jezgru, gdje aktiviraju ili inhibiraju transkripciju u određenim regijama genoma.

Promjena u brzini razgradnje proteina regulirana je ubikvitinacijom. Proces u 5 koraka koji uključuje tri enzima: aktiviranje ubikvitina, konjugiranje ubikvitina i umrežavanje ubikvitina (ligaza). Regulacija ovog procesa je aktivacija ubikvitin ligaza ovisna o receptoru. Primjer takve ligaze je Cbl protein, partner receptora faktora rasta i citokina. Aktivacija Cbl-a ovisna o receptoru događa se kada se njegova N-terminalna domena vezanja fosfotirozina veže na aktivirani receptor. Cbl tada stupa u interakciju s pomoćnim proteinima i pokreće ubikvitinaciju ciljnih proteina.

Inducibilna NO-sintaza (iNOS) - brza promjena izoformnog sastava proteina nakon aktivacije zaštitnih reakcija stanice. Dvije izoforme NO sintaze, neuronska (nNOS) i endotelna (eNOS), konstitutivno su izražene. Ekspresija iNOS-a potaknuta je aktivacijom receptora za proupalne citokine (interferon, interleukin-1, TNFα). u uvjetima oksidativnog stresa i bakterijske infekcije mijenja se ukupna aktivnost NO sintaza i razina proizvodnje sekundarnog glasnika NO.

7. Čimbenici rasta kao glavni regulatori stanične diobe. Ukratko njihov mehanizam djelovanja.

Stanični rast i razvoj u normalnim i tumorskim linijama počinje izlaganjem stanice FR, polipeptidima koje stanica izlučuje ili otpušta kada stanica umre. može cirkulirati u krvi, ali češće lokalno djelovanje. Kod vezanja na receptor – povećan afinitet – oligomerizacija receptora. 1 receptor fosforilira drugu molekulu receptora na ostacima tirozina. Proteini uključeni u receptorsku signalizaciju imaju domene za prepoznavanje fosfotirozina (SH2 domene, "domena drugog reda Src kinaze"). Proteini koji sadrže SH2 domenu prepoznaju još 10-15 aminokiselina lijevo i desno od fosfotirozina, tako da je njihovo vezanje vrlo specifično. Dolazeći u kontakt s receptorom, proteini mijenjaju svoju aktivnost, mogu se međusobno aktivirati, vezati nove proteine ​​- nastaju složeni oligomerni kompleksi proteina. FR prenose signal u jezgru pomoću MAP kinaza (mitogen-activated protein kinases), koje stimuliraju faktore transkripcije – diobu stanica. Regulacija se događa zbog fosforilacije tirozina bez sekundarnih glasnika. Signal završava fosforilacijom serina/treonina nuklearnih proteina.

SH3 domene prepoznaju u proteinu 1 tri prolinska ostatka lokalizirana jedan pored drugog. protein 2 će se jednom domenom vezati na FR receptor, a drugom domenom, s proteinom s 3 prolinska ostatka. Formiranje složenog oligomernog kompleksa, koji uključuje fosforilaciju-defosforilaciju proteina, izmjenu gvanilnih nukleotida, cijepanje fosfolipida, pričvršćivanje citoskeletnih proteina itd.

Djelovanje FR na stanicu. FR se vežu za receptore bilo na površini membrane ili unutar stanice. A - FR uzrokuju fosforilaciju proteina bilo izravno interakcijom s receptorom tyr-PK-ase (IGF-1, IGF-2, inzulin), ili uključivanjem kaskada adenilat ciklaze ili fosfatidilinozitola i aktiviranjem protein kinaza. Fosforilirani proteini aktiviraju faktore transkripcije koji uzrokuju sintezu novih mRNA i proteina. B - RF ulazi u stanicu, u kombinaciji s intracelularnim receptorom ulazi u jezgru, aktivirajući transkripciju gena koji stimuliraju rast stanice. 1 - G-protein; 2 - enzimi koji sintetiziraju sekundarne glasnike: adenilat ciklaza, fosfolipaza C, gvanilat ciklaza.

8. Kako je afinitet receptora za hormon povezan s vremenom razvoja i izumiranja ovog signala? Regulacija osjetljivosti stanica na hormon promjenom broja receptora i njihovog uparivanja s efektorski sustavi.
Maksimalni biološki učinak može se razviti čak i ako je hormon zauzeo samo mali dio receptora. (nakon predinkubacije glatke muskulature, srca s kurareom ili atropinom, stvara se jak kompleks s antagonistom, ali se učinak acetilkolina razvija već nekoliko sekundi nakon što se receptor ispere s blokatora). U stanici postoji "višak" receptora, zbog čega hormon može izazvati maksimalan odgovor čak i kada zauzima samo mali dio receptora.

Koncentracija kateholamina u krvi je 10-9 - 10-8 M. Afinitet receptora za ove hormone je manji (Kd = 10-7 - 10-6 M). Polumaksimalna aktivacija adenilat ciklaze - visoke koncentracije (10-7 - 10-6 M), te učinak na glikogenolizu ili lipolizu (učinci posredovani sintezom cAMP) - niske koncentracije (10-9 - 10-8 M).

Za ispoljavanje učinka kateholamina dovoljno je vezanje na manje od 1% β-adrenergičkih receptora. Postoji 100 puta "višak" histaminskih receptora, 10 puta "višak" glukagonskih, angiotenzinskih, ACTH receptora. To je zbog visokog stupnja pojačanja (105 - 108 puta) signala. pri vezanju 1 molekule hormona u stanici može se pojaviti (ili nestati) 105 - 108 molekula određenih tvari ili iona. Postojanje "viška" receptora osigurava visoku osjetljivost na izvanstanične regulatore.

teorija "okupacije": biološki učinak hormona proporcionalan je koncentraciji kompleksa hormon-receptor: H + R ↔ HR → biološki učinak.

Kada se postigne ravnoteža: Kc = / ([H][R]) ili HR= Kc ([H][R]), učinak = f (Kc ([H][R]))

Učinak ovisi o: afinitetu hormona prema receptoru, koncentraciji receptora.

Smanjenje afiniteta receptora za hormon, smanjenje koncentracije receptora - veće koncentracije hormona.

Brzina reakcije određena je vremenom vezanog stanja hormona s receptorom. Neurotransmiteri imaju nizak afinitet: oko 10-3, brzo se odvajaju od receptora, stoga je za prijenos signala potrebno stvoriti visoke lokalne koncentracije, što se događa u sinapsama. Za intracelularne receptore, afinitet za ligand je veći - oko 10-9, vezano stanje traje satima i danima. Afinitet hormona prema receptoru određuje trajanje signala.

Promjene u afinitetu receptora za hormone: desenzibilizacija, downregulacija. s pretjeranom hormonskom stimulacijom, receptori endocitiziraju i podvrgavaju se degradaciji. Formiranje receptorskih klastera u membrani: Koncentracija, smanjenje gustoće receptora utječe na kinetičke parametre vezanja liganda. (heterogena raspodjela lipida u membrani, mikrotubule i mikrofilamenti zadržavaju membranske proteine ​​u određenim područjima membrane). Sinapsa!!

Koncentracija receptora, koja nije fiksirana posebnom morfološkom strukturom, nalazi se u limfocitima i asimetričnim stanicama sluznice. U nekoliko minuta, receptori se skupljaju u klastere u raznim dijelovima membrane, raspadaju - brza i reverzibilna kontrola osjetljivosti stanice na regulator.

Ireverzibilna inaktivacija receptorskih molekula: S produljenim djelovanjem visokih koncentracija regulatora - stvaranje receptorskih "kapa", u kojima su receptori međusobno povezani zbog stvaranja peptidne veze(uz sudjelovanje transglutaminaze) između slobodnih karboksilnih skupina jednog proteina i slobodnih amino skupina drugog. Nakon završetka umrežavanja, membrana je invaginirana, isprepletana, pojavljuje se u citoplazmi, stapa se s lizosomima i cijepa se proteazama. broj receptora se može smanjiti za 3-5 puta. obnova osjetljivosti zahtijevat će dosta vremena - sinteza i ugradnja.

Za neke patološka stanja- stvaraju se autoantitijela, koja vezanjem za receptore mijenjaju svoj afinitet prema hormonima.

Afinitet ovisi o njihovoj interakciji s intracelularnim ciljnim proteinima (G-proteini). Uloga G-proteina u hormonski ovisnoj aktivaciji adenilat ciklaze dobro je poznata. G-protein ne samo da provodi signal, već također utječe na vezanje hormona na receptor.

Regulacija osjetljivosti hormonskih receptora: susret receptora i njihovih ciljeva na membrani može biti učinkovit samo ako su odgovarajući kofaktori povezani s proteinima: u slučaju receptora to je hormon, a u slučaju G-spojnice proteina, GTP-a ili BDP-a. Samo u tom slučaju nastaje funkcionalno aktivan kompleks receptora s proteinom, a potom i protein s metom (adenilatna ciklaza). Vezanje 2-kofaktora utječe na međusobni afinitet komponenata: Vezanje liganda povećava afinitet receptora za aktivni G-protein. stvaranje kompleksa receptor-G-protein dovodi do značajnog povećanja afiniteta receptora za hormon. Nakon što se GTP veže za G protein, afinitet receptora za hormon postaje nizak.

9. Opišite glavne faze procesa desenzibilizacije i downregulacije receptora.

1. G+R veza

2. Fosforilacija (ubikvitinilacija/palmitinacija receptora

3. Desenzibilizacija (beta-arestin)

4. Endocitoza (ovisna o klatrinu)

5. Reciklizacija (oslobađanje receptora na površinu stanice) ili spajanje s lizosomom i cijepanje receptora.

Desenzibilizacija i regulacija prema dolje su neophodni kako bi se prekinuli višak signala i spriječio pretjerani stanični odgovor.

1) najbrži način "isključivanja" receptora je desenzibilizacija zbog kemijske modifikacije (fosforilacija ili rjeđe alkilacija, prenilacija, ubikvitinacija, metilacija, ribozilacija) citoplazmatske domene, što dovodi do smanjenja afiniteta R prema L.

Hormonska regulacija koja uključuje receptore povezane s G proteinom karakterizirana je brzim razvojem tolerancije. Receptor se veže na hormon za nekoliko minuta. Signal traje minutama. Što je dulje hormon na receptoru, veća je vjerojatnost da će receptor biti fosforiliran (više od 10 minuta) endogenom protein kinazom ("kinaza ovisna o ligandu"). disocijacija G od receptora – defosforilacija i receptor će uspostaviti normalan afinitet. Ako hormonalni signal uđe u stanicu unutar nekoliko desetaka minuta, tada se aktivira desenzibilizacija, u kojoj je uključen GRK (g-prot. Receptor kinaza), dodatno fosforilira receptor, stimuliran sekundarnim glasnikom. Ako ima puno hormona, signal ostaje čak i kada je receptor fosforiliran.

Beta-arestin je protein skele, slabi/zaustavlja glavnu signalnu kaskadu, ali se u isto vrijeme aktivira MAPK kinaza ili neka druga. Beta arestin također ima vezno mjesto za ubikvitin ligazu, koja veže ubikvitin za receptor. Ubikvitin može pospješiti razgradnju proteina u proteasomima ili, obrnuto, spriječiti njegov ulazak u proteasome (različite varijante vezanja ubikvitina). Tijekom desenzibilizacije, beta-arestin privlači klatrin, koji se regrutira u područje akumulacije receptora i prekriva unutarnju površinu membranskog mjesta, zatim dolazi do endocitoze (slaba regulacija). Ta su područja uvučena, tvoreći jame obrubljene klatrinom. Povećavajući se i odvajajući se unutar stanice pod djelovanjem motornog proteina dinamina, formiraju vezikule obložene klatrinom. Životni vijek ovih vezikula je vrlo kratak: čim se odvoje od membrane, klatrinska membrana se disocira i raspada. (Postoji i endocitoza ovisna o kaveolinu, događa se slično kao i ovisna o klatrinu. Ako su membranske splavi velike i krute, njima se pridružuje aktinski citoskelet koji silom uvlači velike fragmente membrane neovisne o klatrinu / kaveolinu u stanicu zbog rad miozinskih motora.)

Zajedno s receptorima, njihovi ligandi također mogu biti endocitozirani. U budućnosti je moguća reciklaža (povratak) receptora, što zahtijeva disocijaciju liganada od receptora i eliminaciju kemijskih modifikacija. Ireverzibilna degradacija receptora nakon spajanja endosoma s lizosomima.

Postoje signalni endosomi (signalosomi) koji su sposobni pokrenuti vlastite signalne kaskade temeljene na endosomskim proteinima i (fosfo)lipidima; oni sadrže sve glavne tipove membranskih receptora, osim receptora kanala.

Molekula hormona obično se naziva primarnim posrednikom regulatornog učinka ili ligandom. Molekule većine hormona vežu se na svoje specifične receptore na plazma membranama ciljnih stanica, tvoreći kompleks ligand-receptor. Za peptidne, proteinske hormone i katekolamine, njegovo stvaranje je glavna početna karika u mehanizmu djelovanja i dovodi do aktivacije membranskih enzima i stvaranja različitih sekundarnih medijatora hormonskog regulacijskog učinka, koji svoje djelovanje ostvaruju u citoplazmi, organelama i stanične jezgre. Među enzimima koje aktivira kompleks ligand-receptor opisani su: adenilat ciklaza, gvanilat ciklaza, fosfolipaze C, D i A2, tirozin kinaze, fosfat tirozin fosfataze, fosfoinozitid-3-OH-kinaza, serin-treonin kinaza, NO sintaza itd. Sekundarni glasnici, nastali pod utjecajem ovih membranskih enzima su: 1) ciklički adenozin monofosfat (cAMP); 2) ciklički gvanozin monofosfat (cGMP); 3) inozitol-3-fosfat (IFZ); 4) diacilglicerol; 5) oligo (A) (2,5-oligoizoadenilat); 6) Ca2+ (ionizirani kalcij); 7) fosfatidna kiselina; 8) ciklička adenozin difosfat riboza; 9) NO (dušikov oksid). Mnogi hormoni, tvoreći komplekse ligand-receptor, istovremeno uzrokuju aktivaciju nekoliko membranskih enzima i, sukladno tome, sekundarnih glasnika.

Mehanizmi djelovanja peptidnih, proteinskih hormona i kateholamina. Ligand. Značajan dio hormona i biološki aktivnih tvari stupa u interakciju s obitelji receptora povezanih s G-proteinima plazmatske membrane (adrenalin, norepinefrin, adenozin, angiotenzin, endotel itd.).

Glavni sustavi sekundarnih posrednika.

Adenilat ciklaza - cAMP sustav. Membranski enzim adenilat ciklaza može biti u dva oblika – aktiviran i inaktiviran. Adenilat ciklaza se aktivira pod utjecajem kompleksa hormon-receptor, čije stvaranje dovodi do vezanja gvanil nukleotida (GTP) na specifični regulatorni stimulirajući protein (GS protein), nakon čega GS protein uzrokuje vezivanje Mg na adenilat ciklazu i aktivirati je. Tako djeluju hormoni koji aktiviraju adenilat ciklazu - glukagon, tireotropin, paratirin, vazopresin (preko V-2 receptora), gonadotropin itd. Brojni hormoni, naprotiv, inhibiraju adenilat ciklazu - somatostatin, angiotenzin-II itd. hormonski receptorski kompleksi ovih hormona stupaju u interakciju u staničnoj membrani s drugim regulatornim inhibicijskim proteinom (GI protein), koji uzrokuje hidrolizu gvanozin trifosfata (GTP) u gvanozin difosfat (GDP) i, sukladno tome, supresiju aktivnosti adenilat ciklaze. Adrenalin aktivira adenilat ciklazu preko p-adrenergičkih receptora, a potiskuje je preko alfa1-adrenergičkih receptora, što uvelike određuje razlike u učincima stimulacije. različiti tipovi receptore. Pod utjecajem adenilat ciklaze iz ATP-a se sintetizira cAMP, što uzrokuje aktivaciju dviju vrsta protein kinaza u staničnoj citoplazmi, što dovodi do fosforilacije brojnih unutarstaničnih proteina. To povećava ili smanjuje propusnost membrana, aktivnost i količinu enzima, tj. uzrokuje metaboličke i, sukladno tome, funkcionalne promjene vitalne aktivnosti stanice, tipične za hormon. U tablici. 6.2 prikazuje glavne učinke aktivacije cAMP-ovisnih protein kinaza.

Sustav transmetilaze osigurava metilaciju DNA, svih vrsta RNA, kromatina i membranskih proteina, niza hormona na razini tkiva i membranskih fosfolipida. Time se pridonosi provedbi brojnih hormonalnih utjecaja na procese proliferacije, diferencijacije, stanje propusnosti membrana i svojstva njihovih ionskih kanala, te, što je posebno važno istaknuti, utječe na dostupnost membranskih receptorskih proteina molekulama hormona. Prestanak hormonskog učinka, ostvarenog preko sustava adenilat ciklaza - cAMP, provodi se uz pomoć posebnog enzima cAMP fosfodiesteraze, koji uzrokuje hidrolizu ovog sekundarnog glasnika uz stvaranje adenozin-5-monofosfata. Međutim, taj produkt hidrolize se u stanici pretvara u adenozin, koji također ima učinke sekundarnog glasnika, budući da potiskuje procese metilacije u stanici.

Gvanilat ciklaza-cGMP sustav. Aktivacija membranske gvanilat ciklaze ne događa se pod izravnim utjecajem hormonsko-receptorskog kompleksa, već neizravno preko ioniziranog kalcija i oksidacijskih membranskih sustava. Stimulacija aktivnosti gvanilat ciklaze, koja određuje učinke acetilkolina, također je posredovana Ca2+. Aktivacijom gvanilat ciklaze, atrijski natriuretski hormon, atriopeptid, također ostvaruje učinak. Aktiviranjem peroksidacije endotelni hormon stimulira gvanilat ciklazu vaskularni zid dušikov oksid je opuštajući endotelni faktor. Pod utjecajem gvanilat ciklaze, cGMP se sintetizira iz GTP, koji aktivira cGMP-ovisne protein kinaze, koje smanjuju brzinu fosforilacije lakih lanaca miozina u glatkim mišićima stijenki krvnih žila, što dovodi do njihove relaksacije. U većini tkiva biokemijski i fiziološki učinci cAMP i cGMP su suprotni. Primjeri su stimulacija srčanih kontrakcija pod utjecajem cAMP-a i njihova inhibicija cGMP-om, stimulacija kontrakcije glatkih mišića crijeva cGMP-om i supresija cAMP-a. cGMP osigurava hiperpolarizaciju retinalnih receptora pod utjecajem svjetlosnih fotona. Enzimska hidroliza cGMP-a, a time i prekid hormonskog učinka, provodi se pomoću specifične fosfodiesteraze.

Sustav fosfolipaze C - inozitol-3-fosfat. Hormonski receptorski kompleks uz sudjelovanje regulatornog G-proteina dovodi do aktivacije membranskog enzima fosfolipaze C, što uzrokuje hidrolizu membranskih fosfolipida uz stvaranje dvaju sekundarnih glasnika: inozitol-3-fosfata i diacilglicerola. Inozitol-3-fosfat uzrokuje oslobađanje Ca2+ iz unutarstaničnih depoa, uglavnom iz endoplazmatskog retikuluma, ionizirani kalcij se veže na specijalizirani protein kalmodulin, koji osigurava aktivaciju protein kinaza i fosforilaciju unutarstaničnih strukturnih proteina i enzima. S druge strane, diacilglicerol doprinosi naglom povećanju afiniteta protein kinaze C za ionizirani kalcij, potonji ga aktivira bez sudjelovanja kalmodulina, što također završava procesima fosforilacije proteina. Diacilglicerol istovremeno provodi drugi način posredovanja hormonskog učinka aktiviranjem fosfolipaze A-2. Pod utjecajem posljednjeg od membranskih fosfolipida nastaje arahidonska kiselina, koja je izvor snažnih metaboličkih i fizioloških učinaka tvari - prostaglandina i leukotriena. U različitim stanicama tijela prevladava jedan ili drugi način stvaranja sekundarnih glasnika, što u konačnici određuje fiziološki učinak hormona. Preko razmatranog sustava sekundarnih medijatora ostvaruju se učinci adrenalina (u vezi s alfa adrenoreceptorom), vazopresina (u vezi s V-1 receptorom), angiotenzina-I, somatostatina i oksitocina.

Sustav kalcij-kalmodulin. Ionizirani kalcij ulazi u stanicu nakon stvaranja kompleksa hormon-receptor, bilo iz izvanstaničnog okoliša zbog aktivacije sporih kalcijevih kanala membrane (kao što se događa, na primjer, u miokardu), ili iz intracelularnih depoa pod utjecajem inozitol-3-fosfata. U citoplazmi nemišićnih stanica kalcij se veže na poseban protein kalmodulin, a u mišićne stanice ulogu kalmodulina ima troponin C. Kalmodulin vezan na kalcij mijenja svoju prostornu organizaciju i aktivira brojne protein kinaze koje osiguravaju fosforilaciju, a time i promjenu strukture i svojstava proteina. Dodatno, kompleks kalcij-kalmodulin aktivira cAMP fosfodiesterazu, koja potiskuje učinak cikličkog spoja kao drugog glasnika. Kratkotrajno povećanje kalcija u stanici i njegovo vezanje na kalmodulin izazvano hormonskim podražajem pokretački je podražaj za brojne fiziološke procese - mišićnu kontrakciju, lučenje hormona i otpuštanje medijatora, sintezu DNA, promjene u pokretljivosti stanica, transport tvari kroz membrane, promjene aktivnosti enzima.

Odnosi sekundarnih posrednika U stanicama tijela prisutno je nekoliko sekundarnih glasnika ili se mogu formirati istovremeno. U tom smislu, uspostavljaju se različiti odnosi između sekundarnih medijatora: 1) ravnopravno sudjelovanje, kada su različiti posrednici potrebni za punopravni hormonski učinak; 2) jedan od posrednika je glavni, a drugi samo doprinosi ostvarenju učinaka prvog; 3) medijatori djeluju sekvencijalno (na primjer, inozitol-3-fosfat osigurava oslobađanje kalcija, diacilglicerol olakšava interakciju kalcija s protein kinazom C); 4) posrednici se međusobno dupliciraju kako bi osigurali redundanciju u svrhu regulatorne pouzdanosti; 5) medijatori su antagonisti, tj. jedan od njih uključuje reakciju, a drugi inhibira (na primjer, u glatkim mišićima krvnih žila inozitol-3-fosfat i kalcij ostvaruju svoju kontrakciju, a cAMP - opuštanje).