kanin. 3. Scheme para sa pagpapasigla ng pagkasira ng glycogen sa pamamagitan ng pagtaas ng mga antas ng cAMP
Mga signal ng cytoskeleton
Ang cAMP-regulated cascade scheme ng mga enzyme interaction ay tila kumplikado, ngunit sa katotohanan ito ay mas kumplikado. Sa partikular, ang mga receptor na nauugnay sa mga pangunahing mensahero ay nakakaimpluwensya sa aktibidad ng adenylate cyclase hindi direkta, ngunit sa pamamagitan ng tinatawag na G-proteins (Fig. 4), na nagtatrabaho sa ilalim ng kontrol ng guanine triphosphoric acid (GTP).
Ano ang mangyayari kapag sa ilang kadahilanan ay naputol ang normal na koneksyon ng mga kaganapan? Ang isang halimbawa ay kolera. Ang Vibrio cholerae toxin ay nakakaapekto sa mga antas ng GTP at nakakaapekto sa aktibidad ng mga protina ng G. Bilang resulta, ang antas ng cAMP sa mga selula ng bituka ng mga pasyente ng kolera ay patuloy na mataas, na nagiging sanhi ng paglipat ng malalaking dami ng mga sodium ions at tubig mula sa mga selula patungo sa lumen ng bituka. Ang kahihinatnan nito ay nakakapanghina ng pagtatae at pagkawala ng tubig mula sa katawan.
Karaniwan, sa ilalim ng impluwensya ng enzyme phosphodiesterase, ang cAMP sa cell ay mabilis na hindi aktibo, na nagiging non-cyclic adenosine monophosphate AMP. Ang kurso ng isa pang sakit, whooping cough, na sanhi ng bacteria na Bordetella pertussis, ay sinamahan ng pagbuo ng isang lason na pumipigil sa conversion ng cAMP sa AMP. Ito ay humahantong sa hindi kanais-nais na mga sintomas ng sakit - pamumula ng lalamunan at pag-ubo na humahantong sa pagsusuka.
Ang aktibidad ng phosphodiesterase, na nagko-convert ng cAMP sa AMP, ay naiimpluwensyahan, halimbawa, ng caffeine at theophylline, na nagiging sanhi ng stimulating effect ng kape at tsaa.
Ang iba't ibang mga epekto ng cAMP at mga paraan ng pag-regulate ng konsentrasyon nito sa mga cell ay ginagawa itong isang unibersal na pangalawang mensahero na gumaganap ng isang mahalagang papel sa pag-activate ng iba't ibang mga kinase ng protina.
Sa iba't ibang mga cell, ang cAMP ay maaaring humantong sa ganap na magkakaibang mga epekto. Ang tambalang ito ay hindi lamang nakikibahagi sa pagkasira ng glycogen at taba, ngunit pinapataas din ang rate ng puso, nakakaapekto sa pagpapahinga ng kalamnan, kinokontrol ang intensity ng pagtatago at ang rate ng pagsipsip ng mga likido. Ito ay pangalawang mensahero para sa isang buong hanay ng iba't ibang mga hormone: adrenaline, vasopressin, glucagon, serotonin, prostaglandin, thyroid-stimulating hormone; Gumagana ang cAMP sa mga cell ng skeletal muscle, cardiac muscle, smooth muscle, kidney, liver, at platelets.
Lumilitaw ang isang makatwirang tanong: bakit iba ang pagtugon ng iba't ibang mga cell sa cAMP? Maaari itong bumuo ng isa pang paraan: bakit, kapag ang konsentrasyon ng cAMP ay tumaas sa iba't ibang mga cell, iba't ibang mga kinase ng protina ay isinaaktibo, na nag-phosphorylate ng iba't ibang mga protina? Ang sitwasyong ito ay maaaring ilarawan sa sumusunod na pagkakatulad. Isipin na ang iba't ibang mga bisita - mga ligand at pangunahing mensahero - ay patuloy na lumalapit sa pintuan ng opisina. Kasabay nito, nag-ring sila ng isang kampana: naririnig ang isang senyas - isang pangalawang mensahero. Paano matutukoy ng mga empleyado ng establisimiyento kung sino ang eksaktong bumisita at kung ano ang magiging reaksyon sa bisitang ito?
Ang misteryo ng mga calcium ions
Isaalang-alang muna natin kung ano ang nangyayari sa pangalawang pinakakaraniwang pangalawang mensahero - calcium, o sa halip ang mga ions nito. Ang kanilang pangunahing papel sa isang bilang ng mga biological na reaksyon ay unang ipinakita noong 1883 nang mapansin ni Sidney Ringer na ang mga nakahiwalay na kalamnan ng palaka ay hindi kumukuha sa distilled water. Upang ang isang kalamnan ay magkontrata bilang tugon sa elektrikal na pagpapasigla, nangangailangan ito ng pagkakaroon ng mga calcium ions sa kapaligiran nito.
Ang pagkakasunud-sunod ng mga pangunahing kaganapan na nagaganap sa panahon ng pag-urong ng kalamnan ng kalansay ay kilala na ngayon (Larawan 5). Bilang tugon sa isang de-koryenteng salpok na umabot sa kalamnan sa kahabaan ng axon ng isang nerve cell, ang mga reservoir ng calcium ions ay bumubukas sa loob ng muscle cell - myofibrils - membrane cisterns, kung saan ang konsentrasyon ng calcium ions ay maaaring isang libo o higit pang beses na mas mataas kaysa sa ang cytoplasm (Larawan 6). Ang inilabas na calcium ay nagbubuklod sa protina na troponin C, na nauugnay sa mga filament ng actin na naglinya sa panloob na ibabaw ng selula. Ang Troponin (Larawan 7) ay gumaganap ng papel na isang blocker na pumipigil sa pag-slide ng mga filament ng myosin kasama ng mga filament ng actin. Bilang resulta ng pagdaragdag ng calcium sa troponin, ang bloke ay hiwalay mula sa filament, ang myosin ay dumudulas sa kahabaan ng actin, at ang mga kalamnan ay nagkontrata (Larawan 8). Sa sandaling matapos ang contraction, ang mga espesyal na protina - calcium ATPase - magbomba ng mga calcium ions pabalik sa mga intracellular reservoir.
Ang konsentrasyon ng intracellular calcium ay naiimpluwensyahan hindi lamang ng mga nerve impulses, kundi pati na rin ng iba pang mga signal. Halimbawa, maaaring ito ay cAMP, na pamilyar na sa amin. Bilang tugon sa hitsura ng adrenaline sa dugo at isang kaukulang pagtaas sa konsentrasyon ng cAMP sa mga selula ng kalamnan ng puso, ang mga calcium ions ay inilabas sa kanila, na humahantong sa pagtaas ng rate ng puso.
Ang mga sangkap na nakakaapekto sa kaltsyum ay maaari ding direktang nilalaman sa lamad ng cell. Tulad ng nalalaman, ang lamad ay binubuo ng mga phospholipid, kung saan ang isa - phosphoinositol-4, 5-diphosphate - ay gumaganap ng isang espesyal na papel. Bilang karagdagan sa inositol, ang phosphoinositol-4, 5-diphosphate molecule ay naglalaman ng dalawang mahabang hydrocarbon chain na binubuo ng 20 at 17 carbon atoms (Fig. 9). Sa ilalim ng impluwensya ng ilang mga extracellular signal at sa ilalim ng kontrol ng G-protein na pamilyar sa mga mambabasa, sila ay hiwalay, na nagreresulta sa pagbuo ng dalawang molekula - diacylglycerol at inositol triphosphate. Ang huli ay kasangkot sa pagpapalabas ng intracellular calcium (Larawan 10). Ang ganitong uri ng pagbibigay ng senyas ay ginagamit, halimbawa, sa fertilized clawed frog egg.
Ang pagtagos ng una sa maraming tamud sa isang itlog na handa para sa pagpapabunga ay nagiging sanhi ng pagbuo ng inositol triphosphate sa lamad nito. Bilang resulta, ang mga calcium ions ay inilabas mula sa mga panloob na reservoir at ang lamad ng fertilized na itlog ay agad na bumukol, na pinuputol ang daanan patungo sa itlog para sa hindi gaanong pinalad o hindi gaanong mahusay na tamud.
Paano makokontrol ng isang bagay na kasing simple ng calcium ion ang aktibidad ng mga protina? Ito ay lumabas na ito ay nagbubuklod sa loob ng cell sa isang espesyal na protina, calmodulin (Larawan 11). Ang medyo malaking protina na ito, na binubuo ng 148 amino acid residues, tulad ng cAMP, ay natagpuan sa halos lahat ng pinag-aralan na mga cell.
Ang molekula ng hormone ay karaniwang tinatawag na pangunahing tagapamagitan ng epekto ng regulasyon, o ligand. Ang mga molekula ng karamihan sa mga hormone ay nagbubuklod sa mga receptor na partikular sa kanila sa mga lamad ng plasma ng mga target na selula, na bumubuo ng isang ligand-receptor complex. Para sa peptide, protina hormones at catecholamines, ang pagbuo nito ay ang pangunahing paunang link sa mekanismo ng pagkilos at humahantong sa pag-activate ng mga enzyme ng lamad at pagbuo ng iba't ibang mga pangalawang mensahero ng hormonal regulatory effect, na napagtanto ang kanilang pagkilos sa cytoplasm, organelles. at cell nucleus. Kabilang sa mga enzyme na isinaaktibo ng ligand-receptor complex ay inilarawan: adenylate cyclase, guanylate cyclase, phospholipases C, D at A2, tyrosine kinases, phosphate-tyrosine phosphatases, phosphoinositide-3-OH-kinase, serine threonine kinase, NO synthase, atbp. . Ang mga pangalawang mensahero, na nabuo sa ilalim ng impluwensya ng mga enzyme ng lamad na ito ay: 1) cyclic adenosine monophosphate (cAMP); 2) cyclic guanosine monophosphate (cGMP); 3) inositol-3-phosphate (IPZ); 4) diacylglycerol; 5) oligo (A) (2,5-oligoisoadenylate); 6) Ca2+ (ionized calcium); 7) phosphatidic acid; 8) cyclic adenosine diphosphate ribose; 9) HINDI (nitric oxide). Maraming mga hormone, na bumubuo ng mga ligand-receptor complex, ang sanhi ng sabay-sabay na pag-activate ng ilang mga enzyme ng lamad at, nang naaayon, ang mga pangalawang mensahero.
Mga mekanismo ng pagkilos ng peptide, protina hormones at catecholamines. Ligand. Ang isang makabuluhang bahagi ng mga hormone at biologically active substance ay nakikipag-ugnayan sa pamilya ng mga receptor na nauugnay sa G-proteins ng plasma membrane (andrenaline, norepinephrine, adenosine, angiotensin, endothelium, atbp.).
Mga pangunahing sistema ng pangalawang tagapamagitan.
Adenylate cyclase system - cAMP. Ang membrane enzyme adenylate cyclase ay matatagpuan sa dalawang anyo - activated at non-activated. Ang pag-activate ng adenylate cyclase ay nangyayari sa ilalim ng impluwensya ng isang hormone-receptor complex, ang pagbuo nito ay humahantong sa pagbubuklod ng guanyl nucleotide (GTP) sa isang espesyal na regulatory stimulating protein (GS protein), pagkatapos nito ang GS protein ay nagiging sanhi ng pagdaragdag ng Mg sa adenylate cyclase at pag-activate nito. Ito ay kung paano kumikilos ang mga hormone na nagpapagana ng adenylate cyclase - glucagon, thyrotropin, parathyrin, vasopressin (sa pamamagitan ng V-2 receptors), gonadotropin, atbp. Ang isang bilang ng mga hormone, sa kabaligtaran, ay pinipigilan ang adenylate cyclase - somatostatin, angiotensin-II, atbp. Ang mga hormone receptor complex ng mga hormone na ito ay nakikipag-ugnayan sa cell membrane sa isa pang regulatory inhibitory protein (GI protein), na nagiging sanhi ng hydrolysis ng guanosine triphosphate (GTP) sa guanosine diphosphate (GDP) at, nang naaayon, pagsugpo sa aktibidad ng adenylate cyclase. Ina-activate ng adrenaline ang adenylate cyclase sa pamamagitan ng β-adrenergic receptors, at pinipigilan ito sa pamamagitan ng alpha1-adrenergic receptors, na higit na tumutukoy sa mga pagkakaiba sa mga epekto ng stimulation ng iba't ibang uri ng receptors. Sa ilalim ng impluwensya ng adenylate cyclase, ang cAMP ay na-synthesize mula sa ATP, na nagiging sanhi ng pag-activate ng dalawang uri ng protina kinases sa cell cytoplasm, na humahantong sa phosphorylation ng maraming intracellular na protina. Pinapataas o binabawasan nito ang pagkamatagusin ng lamad, aktibidad at dami ng mga enzyme, ibig sabihin, nagiging sanhi ng metabolic at, nang naaayon, mga pagbabago sa pagganap sa aktibidad ng cell na tipikal para sa hormone. Sa mesa Ipinapakita ng talahanayan 6.2 ang mga pangunahing epekto ng pag-activate ng mga kinase ng protina na umaasa sa cAMP.
Ang sistema ng transmethylase ay nagbibigay ng methylation ng DNA, lahat ng uri ng RNA, chromatin at mga protina ng lamad, isang bilang ng mga hormone sa antas ng tissue, at mga phospholipid sa lamad. Nag-aambag ito sa pagpapatupad ng maraming mga impluwensya sa hormonal sa mga proseso ng paglaganap, pagkita ng kaibhan, ang estado ng pagkamatagusin ng lamad at ang mga katangian ng kanilang mga channel ng ion at, na lalong mahalaga na bigyang-diin, ay nakakaapekto sa pagkakaroon ng mga protina ng receptor ng lamad sa mga molekula ng hormone. Ang pagtigil ng hormonal effect na natanto sa pamamagitan ng adenylate cyclase - cAMP system ay isinasagawa gamit ang isang espesyal na enzyme, cAMP phosphodiesterase, na nagiging sanhi ng hydrolysis ng pangalawang mensahero na may pagbuo ng adenosine-5-monophosphate. Gayunpaman, ang produktong hydrolysis na ito ay na-convert sa cell sa adenosine, na mayroon ding mga epekto ng pangalawang messenger, dahil pinipigilan nito ang mga proseso ng methylation sa cell.
Guanylate cyclase-cGMP system. Ang pag-activate ng lamad na guanylate cyclase ay nangyayari hindi sa ilalim ng direktang impluwensya ng hormone-receptor complex, ngunit hindi direkta sa pamamagitan ng ionized calcium at oxidant membrane system. Ang pagpapasigla ng aktibidad ng guanylate cyclase, na tumutukoy sa mga epekto ng acetylcholine, ay nangyayari din nang hindi direkta sa pamamagitan ng Ca2+. Sa pamamagitan ng pag-activate ng guanylate cyclase, ang epekto ng atrial natriuretic hormone, atriopeptide, ay natanto. Sa pamamagitan ng pag-activate ng peroxide oxidation, ang vascular wall endothelial hormone nitric oxide, isang nakakarelaks na endothelial factor, ay nagpapasigla ng guanylate cyclase. Sa ilalim ng impluwensya ng guanylate cyclase, ang cGMP ay na-synthesize mula sa GTP, na nagpapa-aktibo sa cGMP-dependent protein kinases, na binabawasan ang rate ng phosphorylation ng myosin light chain sa makinis na mga kalamnan ng mga vascular wall, na humahantong sa kanilang pagpapahinga. Sa karamihan ng mga tissue, ang biochemical at physiological na epekto ng cAMP at cGMP ay magkasalungat. Kasama sa mga halimbawa ang pagpapasigla ng mga contraction ng puso sa ilalim ng impluwensya ng cAMP at pagsugpo ng mga contraction sa pamamagitan ng cGMP, stimulation ng contraction ng mga makinis na kalamnan ng bituka sa pamamagitan ng cGMP at pagsugpo ng cAMP. Tinitiyak ng cGMP ang hyperpolarization ng mga retinal receptor sa ilalim ng impluwensya ng mga light photon. Ang enzymatic hydrolysis ng cGMP, at dahil dito ang pagtigil ng hormonal effect, ay isinasagawa gamit ang isang tiyak na phosphodiesterase.
Phospholipase C system - inositol-3-phosphate. Ang hormone receptor complex na may pakikilahok ng regulatory G protein ay humahantong sa pag-activate ng membrane enzyme phospholipase C, na nagiging sanhi ng hydrolysis ng membrane phospholipids na may pagbuo ng dalawang pangalawang messenger: inositol-3-phosphate at diacylglycerol. Ang Inositol-3-phosphate ay nagdudulot ng pagpapakawala ng Ca2+ mula sa mga intracellular na tindahan, pangunahin mula sa endoplasmic reticulum, ang ionized na calcium ay nagbubuklod sa dalubhasang protina na calmodulin, na nagsisiguro sa pag-activate ng mga kinase ng protina at phosphorylation ng intracellular structural proteins at enzymes. Kaugnay nito, ang diacylglycerol ay nagtataguyod ng isang matalim na pagtaas sa pagkakaugnay ng protina kinase C para sa ionized calcium, ang huli ay nagpapagana nito nang walang paglahok ng calmodulin, na nagtatapos din sa mga proseso ng phosphorylation ng protina. Ang Diacylglycerol ay sabay-sabay na nagpapatupad ng isa pang paraan ng pag-mediate ng hormonal effect sa pamamagitan ng pag-activate ng phospholipase A-2. Sa ilalim ng impluwensya ng huli, ang arachidonic acid ay nabuo mula sa mga phospholipid ng lamad, na isang mapagkukunan ng mga sangkap na may malakas na metabolic at physiological effect - mga prostaglandin at leukotrienes. Sa iba't ibang mga selula ng katawan, ang isa o isa pang landas para sa pagbuo ng mga pangalawang mensahero ay nananaig, na sa huli ay tumutukoy sa pisyolohikal na epekto ng hormone. Sa pamamagitan ng isinasaalang-alang na sistema ng mga pangalawang mensahero, ang mga epekto ng adrenaline (kaugnay ng alpha-adrenoreceptor), vasopressin (kaugnay ng V-1 receptor), angiotensin-I, somatostatin, at oxytocin ay natanto.
Calcium-calmodulin system. Ang ionized calcium ay pumapasok sa cell pagkatapos ng pagbuo ng hormone-receptor complex alinman mula sa extracellular na kapaligiran dahil sa pag-activate ng mabagal na mga channel ng calcium ng lamad (tulad ng nangyayari, halimbawa, sa myocardium), o mula sa mga intracellular na tindahan sa ilalim ng impluwensya ng inositol- 3-pospeyt. Sa cytoplasm ng mga non-muscle cells, ang calcium ay nagbubuklod sa isang espesyal na protina, calmodulin, at sa mga selula ng kalamnan, ang papel na ginagampanan ng calmodulin ay ginagampanan ng troponin C. Ang Calmodulin na nakatali sa calcium ay nagbabago sa spatial na organisasyon nito at nagpapagana ng maraming mga kinase ng protina, na nagsisiguro ng phosphorylation , at samakatuwid ay nagbabago sa istraktura at mga katangian ng mga protina. Bilang karagdagan, pinapagana ng calcium-calmodulin complex ang cAMP phosphodiesterase, na pinipigilan ang epekto ng cyclic compound bilang pangalawang messenger. Dahil sa hormonal stimulus, ang panandaliang pagtaas ng calcium sa cell at ang pagbubuklod nito sa calmodulin ay isang trigger para sa maraming proseso ng physiological - pag-urong ng kalamnan, pagtatago ng mga hormone at pagpapalabas ng mga tagapamagitan, DNA synthesis, pagbabago sa motility ng cell, transportasyon ng mga sangkap sa pamamagitan ng mga lamad, mga pagbabago sa aktibidad ng enzyme.
Pangalawang intermediary na relasyon Mayroong ilang mga pangalawang mensahero o maaaring mabuo nang sabay-sabay sa mga selula ng katawan. Kaugnay nito, ang iba't ibang mga relasyon ay itinatag sa pagitan ng mga pangalawang mensahero: 1) pantay na pakikilahok, kapag ang iba't ibang mga mensahero ay kinakailangan para sa isang buong hormonal effect; 2) ang isa sa mga tagapamagitan ay ang pangunahing isa, at ang isa ay nag-aambag lamang sa pagpapatupad ng mga epekto ng una; 3) ang mga tagapamagitan ay kumikilos nang sunud-sunod (halimbawa, ang inositol-3-phosphate ay tinitiyak ang pagpapakawala ng calcium, pinapadali ng diacylglycerol ang pakikipag-ugnayan ng calcium sa protina kinase C); 4) duplicate ng mga tagapamagitan ang isa't isa upang matiyak ang redundancy para sa layunin ng maaasahang regulasyon; 5) ang mga tagapamagitan ay mga antagonist, i.e. ang isa sa kanila ay lumiliko sa reaksyon, at ang iba ay pinipigilan ito (halimbawa, sa vascular makinis na kalamnan, inositol-3-phosphate at calcium ay napagtanto ang kanilang pag-urong, at cAMP - relaxation).
Ang tugon ng target na cell sa pagkilos ng hormone ay nabuo sa pamamagitan ng paglikha ng hormone receptor (GR) complex, na humahantong sa pag-activate ng receptor mismo, ang pagsisimula ng tugon ng cell. Ang hormone adrenaline, kapag nakikipag-ugnayan sa receptor, ay nagbubukas ng mga channel ng lamad, at ang Na + - input ion current ay tumutukoy sa pag-andar ng cell. Gayunpaman, ang karamihan sa mga hormone ay nagbubukas o nagsasara ng mga channel ng lamad na hindi nakapag-iisa, ngunit sa pakikipag-ugnayan sa protina ng G.
Ang mekanismo ng pagkilos ng mga hormone sa mga target na selula ay nauugnay sa kanilang kemikal na istraktura:
■ mga hormone na natutunaw sa tubig - mga protina at polypeptides, pati na rin ang mga derivatives ng amino acid - catecholamines, ay nakikipag-ugnayan sa mga receptor ng target na lamad ng cell, na bumubuo ng isang hormone-receptor complex (GR). Ang paglitaw ng complex na ito ay humahantong sa pagbuo ng isang pangalawa o intracellular messenger, kung saan nauugnay ang mga pagbabago sa function ng cell. Ang bilang ng mga receptor sa ibabaw ng target na lamad ng cell ay humigit-kumulang 104-105;
■ fat-soluble hormones - steroid - dumaan sa lamad ng target na cell at nakikipag-ugnayan sa mga receptor ng plasma, ang bilang nito ay mula 3000 hanggang 104, na bumubuo ng isang GR complex, na pagkatapos ay pumapasok sa nuclear membrane. Ang mga steroid hormone at derivatives ng amino acid tyrosine - thyroxine at triiodothyronine - ay tumagos sa nuclear membrane at nakikipag-ugnayan sa mga nuclear receptor na konektado sa isa o higit pang mga chromosome, na nagreresulta sa mga pagbabago sa synthesis ng protina sa target na cell.
Ayon sa mga modernong konsepto, ang epekto ng mga hormone ay dahil sa pagpapasigla o pagsugpo sa catalytic function ng ilang mga enzyme sa mga target na selula. Ang epektong ito ay maaaring makamit sa dalawang paraan:
■ pakikipag-ugnayan ng hormone sa mga receptor sa ibabaw ng lamad ng cell at nagpapalitaw ng isang kadena ng biochemical transformations sa lamad at cytoplasm;
■ pagtagos ng hormone sa pamamagitan ng lamad at nagbubuklod sa mga cytoplasmic receptor, pagkatapos nito ang hormone receptor complex ay tumagos sa nucleus at organelles ng cell, kung saan napagtanto nito ang regulatory effect nito sa pamamagitan ng synthesis ng mga bagong enzymes.
Ang unang landas ay humahantong sa pag-activate ng mga enzyme ng lamad at pagbuo ng mga pangalawang mensahero. Ngayon ay may apat na kilalang sistema ng mga pangalawang mensahero:
■ adenylate cyclase - cAMP;
■ guanylate cyclase - cGMP;
■ phospholipase - inositol triphosphate;
■ calmodulin - ionized Ca 2+.
Ang pangalawang paraan ng pag-impluwensya sa mga target na cell ay ang kumplikado ng hormone na may mga receptor na nakapaloob sa cell nucleus, na humahantong sa pag-activate o pagsugpo ng genetic apparatus nito.
Mga receptor ng lamad at pangalawang mensahero
Ang mga hormone, na nagbubuklod sa mga receptor ng lamad ng target na selula, ay bumubuo ng hormone-receptor complex na GR (hakbang 1) (Larawan 6.3). Ang mga pagbabago sa conformational sa receptor ay nagpapagana ng stimulatory G protein (kasama ang receptor), na isang complex ng tatlong subunits (α-, β-, γ-) at guanosine diphosphate (GDP). kapalit
TALAHANAYAN 6.11. Maikling katangian ng mga hormone
|
Saan ginawa ang mga hormone? |
Pangalan ng hormone |
pagdadaglat |
Mga epekto sa mga target na cell |
|||
|
hypothalamus |
Thyrotropin-releasing hormone |
Pinasisigla ang paggawa ng thyrotropin ng adenohypophysis |
||||
|
hypothalamus |
Corticotropin na naglalabas ng hormone |
Pinasisigla ang paggawa ng ACTH ng adenohypophysis |
||||
|
hypothalamus |
Gonadotropin-releasing hormone |
Pinasisigla ang paggawa ng luteinizing (LH) at follicle-stimulating (FSP) hormones ng adenohypophysis |
||||
|
hypothalamus |
Growth hormone releasing factor |
Pinasisigla ang paggawa ng growth hormone ng adenohypophysis |
||||
|
hypothalamus |
somatostatin |
Pinipigilan ang paggawa ng growth hormone ng adenohypophysis |
||||
|
hypothalamus |
Prolactin inhibitory factor (dopamine) |
Pinipigilan ang paggawa ng prolactin ng adenohypophysis |
||||
|
hypothalamus |
Prolactin-stimulating factor |
Pinasisigla ang paggawa ng prolactin ng adenohypophysis |
||||
|
hypothalamus |
oxytocin |
Pinasisigla ang pagtatago ng gatas at pag-urong ng matris |
||||
|
hypothalamus |
Vasopressin - antidiuretic hormone |
Pinasisigla ang reabsorption ng tubig sa distal nephron |
||||
|
Anterior pituitary gland |
TSH, o thyroid stimulating hormone |
TSH aboTSH |
Pinasisigla ang synthesis at pagtatago ng thyroxine at triiodothyronine ng thyroid gland |
|||
|
Anterior pituitary gland |
Pinasisigla ang pagtatago ng glucocorticoids (cortisol) mula sa adrenal cortex |
|||||
|
Anterior pituitary gland |
follicle stimulating hormone |
Pinasisigla ang paglaki ng follicular at pagtatago ng estrogen ng mga ovary |
||||
|
Anterior pituitary gland |
luteinizing hormone |
Pinasisigla ang obulasyon, ang pagbuo ng corpus luteum, pati na rin ang synthesis ng estrogen at progesterone ng mga ovary |
||||
|
Anterior pituitary gland |
Growth hormone, o somatotropic hormone |
Pinasisigla ang synthesis ng protina at pangkalahatang paglaki |
||||
|
Anterior pituitary gland |
prolactin |
Pinasisigla ang paggawa at pagtatago ng gatas |
||||
|
Anterior pituitary gland |
β-lipotropin |
|||||
|
Intermediate lobe ng pituitary gland |
Melznotropin |
Pinasisigla ang synthesis ng melanin sa mga isda, amphibian, reptilya (sa mga tao, pinasisigla nito ang paglaki ng kalansay (ossification ng mga buto), pinatataas ang intensity ng metabolismo, produksyon ng init, pinatataas ang paggamit ng mga protina, taba, carbohydrates ng mga selula, pinasisigla ang pagbuo ng mental function pagkatapos ng kapanganakan ng isang bata |
||||
|
thyroid |
L-thyroxine |
|||||
|
triiodothyronine |
||||||
|
Adrenal cortex (zone reticularis) |
mga sex hormone |
Pinasisigla ang paggawa ng dihydrohepiandrosterone at androstenedione |
||||
|
Adrenal cortex (zona fasciculata) |
Glucocorticoids (cortisol) |
Pinasisigla ang gluconeogenesis, anti-inflammatory effect, pinipigilan ang immune system |
||||
|
Adrenal cortex (zona glomerulosa) |
aldosteron |
Pinapataas ang reabsorption ng Na + ions, ang pagtatago ng K + ions sa nephron tubules |
||||
|
utak sangkap adrenal glands |
Adrenaline, norepinephrine |
Pag-activate ng alpha, beta adrenergic receptors |
||||
|
mga estrogen |
Paglago at pag-unlad ng mga babaeng genital organ, proliferative phase ng menstrual cycle |
|||||
|
progesterone |
Secretory phase ng menstrual cycle |
|||||
|
testosterone |
Spermatogenesis, pangalawang sekswal na katangian ng lalaki |
|||||
|
Pares ng thyroid gland |
Parat hormone (parathyroid hormone) |
Pinapataas ang konsentrasyon ng Ca 2+ ions sa dugo (demineralization ng buto) |
||||
|
thyroid gland (C cells) |
calcitonin |
Binabawasan ang konsentrasyon ng Ca2+ ions sa dugo |
||||
|
Pag-activate sa mga bato |
1,25-dihydroxycholecalciferol (calcitriol) |
Pinapataas ang pagsipsip ng Ca 2+ ions sa bituka |
||||
|
Pancreas - mga beta cell |
Binabawasan ang konsentrasyon ng glucose sa dugo |
|||||
|
Pancreas - mga alpha cell |
glucagon |
Nagtataas ng konsentrasyon ng glucose sa dugo |
||||
|
inunan |
Human chorionic gonadotropin |
Pinatataas ang synthesis ng estrogen at progesterone |
||||
|
inunan |
Human placental lactogen |
Gumagana tulad ng growth hormone at prolactin sa panahon ng pagbubuntis |
||||
BIGAS. 6.3. Scheme ng mekanismo ng pagkilos ng hormone na may pagbuo ng pangalawang intracellular messenger cAMP. GDP - guanine diphosphate, GTP - guanine triphosphate
Ang GDP sa guanosine triphosphate GTP (hakbang 2) ay humahantong sa detatsment ng α-subunit, na agad na nakikipag-ugnayan sa iba pang mga signal ng protina, binabago ang aktibidad ng mga channel ng ion o cellular enzymes - adenylate cyclase o phospholipase C - at function ng cell.
Ang pagkilos ng mga hormone sa mga target na selula sa pagbuo ng pangalawang messenger cAMP
Ang activated membrane enzyme na adenylate cyclase ay nagko-convert ng ATP sa pangalawang messenger cyclic adenosine monophosphate cAMP (hakbang 3) (tingnan ang Fig. 6.3), na kung saan ay nagpapagana ng enzyme protein kinase A (hakbang 4), na humahantong sa phosphorylation ng mga tiyak na protina ( hakbang 5) ang kinahinatnan nito ay isang pagbabago sa physiological function (hakbang 6), halimbawa, ang pagbuo ng mga bagong channel ng lamad para sa mga calcium ions, na humahantong sa pagtaas ng lakas ng mga contraction ng puso.
Ang pangalawang messenger cAMP ay pinaghiwa-hiwalay ng enzyme phosphodiesterase sa hindi aktibong anyo na 5'-AMP.
Ang ilang mga hormone (natriuretic) ay nakikipag-ugnayan sa mga nagbabawal na G-protein, na humahantong sa pagbawas sa aktibidad ng mga enzyme ng lamad na adenylate cyclase at pagbaba sa function ng cell.
Ang pagkilos ng mga hormone sa mga target na selula na may pagbuo ng mga pangalawang mensahero - diacylglycerol at inositol-3-phosphate
Ang hormone ay bumubuo ng isang kumplikadong may lamad na receptor - OS (hakbang 1) (Larawan 6.4) at, sa pamamagitan ng G-protein (hakbang 2), pinapagana ang phospholipase C na nakakabit sa panloob na ibabaw ng receptor (hakbang 3).
Sa ilalim ng impluwensya ng phospholipase C, na nag-hydrolyze ng membrane phospholipids (phosphatidylinositol biphosphate), dalawang pangalawang messenger ang nabuo - diacylglycerol (DG) at inositol-3-phosphate (IP3) (hakbang 4).
Pinapakilos ng pangalawang messenger na IP3 ang paglabas ng mga Ca 2+ ions mula sa mitochondria at endoplasmic reticulum (hakbang 5), na kumikilos bilang mga pangalawang mensahero. Ang mga Ca2+ ions kasama ang DH (lipid second messenger) ay nag-a-activate ng enzyme protein kinase C (step 6), na nagpo-phosphorylate ng mga protina at nagiging sanhi ng mga pagbabago sa physiological function ng target cell.
Ang pagkilos ng mga hormone sa pamamagitan ng mga sistema ng calcium-calmodulin na nagsisilbing pangalawang tagapamagitan. Kapag ang calcium ay pumasok sa cell, ito ay nagbubuklod sa calmodulin at pinapagana ito. Ang aktibong calmodulin, naman, ay nagdaragdag sa aktibidad ng protina kinase, na humahantong sa phosphorylation ng mga protina, pagbabago ng mga function ng cell.
Ang epekto ng mga hormone sa genetic apparatus ng cell
Ang mga steroid hormone na nalulusaw sa taba ay dumadaan sa lamad ng target na selula (hakbang 1) (Larawan 6.5), kung saan sila ay nagbubuklod sa mga protina ng receptor sa cytoplasm. Ang nabuong GR complex (hakbang 2) ay kumakalat sa nucleus at nagbubuklod sa mga partikular na rehiyon ng DNA ng chromosome (hakbang 3), na ina-activate ang proseso ng transkripsyon sa pamamagitan ng pagbuo ng mRNA (hakbang 4). Inililipat ng mRNA ang matrix sa cytoplasm, kung saan sinisigurado nito ang mga proseso ng pagsasalin sa mga ribosome (hakbang 5) at ang synthesis ng mga bagong protina (hakbang 6), na humahantong sa mga pagbabago sa mga physiological function.
Ang mga fat-soluble na thyroid hormone, thyroxine at triiodothyronine, ay pumapasok sa nucleus kung saan sila nagbubuklod sa receptor protein, na isang protina na matatagpuan sa mga DNA chromosome. Kinokontrol ng mga receptor na ito ang function ng parehong gene promoters at operator.
Ang mga hormone ay nagpapagana ng mga genetic na mekanismo na matatagpuan sa nucleus na gumagawa ng higit sa 100 uri ng mga cellular protein. Marami sa kanila ay mga enzyme na nagpapataas ng metabolic activity ng mga selula ng katawan. Ang pagkakaroon ng reaksyon ng isang beses sa mga intracellular receptor, ang mga thyroid hormone ay nagbibigay ng kontrol sa pagpapahayag ng gene sa loob ng ilang linggo.
Mga pangkalahatang ideya tungkol sa mga signal transduction pathway
Para sa karamihan ng mga regulatory molecule, sa pagitan ng kanilang pagbubuklod sa isang membrane receptor at ang huling tugon ng cell, i.e. sa pamamagitan ng pagbabago ng operasyon nito, ang mga kumplikadong serye ng mga kaganapan ay interposed - ilang mga signal transmission pathways, kung hindi man ay tinatawag na sa pamamagitan ng signal transduction pathway.
Ang mga regulatory substance ay karaniwang nahahati sa endocrine, neurocrine at paracrine. Endocrine mga regulator (mga hormone) itinago ng mga endocrine cell sa dugo at dinadala nito sa mga target na selula, na maaaring matatagpuan saanman sa katawan. Neurocrine ang mga regulator ay inilalabas ng mga neuron sa malapit na paligid ng mga target na selula. Paracrine Ang mga sangkap ay inilabas nang bahagya mula sa mga target, ngunit sapat pa rin sa kanila upang maabot ang mga receptor. Ang mga sangkap ng paracrine ay tinatago ng isang uri ng cell at kumikilos sa isa pa, ngunit sa ilang mga kaso ang mga regulator ay inilaan para sa mga selula na nagsikreto sa kanila, o para sa mga kalapit na selula ng parehong uri. Ito ay tinatawag na autocrine regulasyon.
Sa ilang mga kaso, ang huling yugto ng transduction ng signal ay binubuo ng phosphorylation ng ilang mga effector protein, na humahantong sa isang pagtaas o pagbaba sa kanilang aktibidad, at ito naman, ay tumutukoy sa cellular response na kinakailangan para sa katawan. Ang phosphorylation ng mga protina ay isinasagawa protina kinases at dephosphorylation - protina phosphatases.
Ang mga pagbabago sa aktibidad ng protina kinase ay nangyayari bilang resulta ng pagbubuklod ng isang regulatory molecule (karaniwang tinatawag na ligand) kasama ang receptor ng lamad nito, na nag-trigger ng mga cascade ng mga kaganapan, ang ilan sa mga ito ay ipinapakita sa figure (Larawan 2-1). Ang aktibidad ng iba't ibang mga kinase ng protina ay kinokontrol ng receptor hindi direkta, ngunit sa pamamagitan ng pangalawang mensahero(mga pangalawang tagapamagitan), na ang papel ay ginagampanan ng, halimbawa, cyclic AMP (cAMP), cyclic GMP (cGMP), Ca 2+, inositol-1,4,5-tri-phosphate (IP 3) At diacylglycerol (DAG). Sa kasong ito, ang pagbubuklod ng ligand sa receptor ng lamad ay nagbabago sa antas ng intracellular ng pangalawang messenger, na, sa turn, ay nakakaapekto sa aktibidad ng protina kinase. Maraming regulator
Ang mga molekulang ito ay nakakaimpluwensya sa mga proseso ng cellular sa pamamagitan ng mga signal transduction pathway na kinasasangkutan heterotrimeric GTP-binding proteins (heterotrimeric G proteins) o monomeric GTP-binding proteins (monomeric G proteins).
Kapag ang mga molekula ng ligand ay nagbubuklod sa mga receptor ng lamad na nakikipag-ugnayan sa mga heterotrimeric na protina, ang protina ng G ay lumilipat sa isang aktibong estado sa pamamagitan ng pagbubuklod sa GTP. Ang activated G protein ay maaaring makipag-ugnayan sa marami mga protina ng effector pangunahin sa pamamagitan ng mga enzyme tulad ng adenylate cyclase, phosphodiesterase, phospholipase C, A 2 At D. Ang pakikipag-ugnayan na ito ay nagpapalitaw ng mga kadena ng mga reaksyon (Larawan 2-1), na nagtatapos sa pag-activate ng iba't ibang mga kinase ng protina, tulad ng protina kinase A (PKA), protina kinase G (PKG), protina kinase C (PKI).
Sa mga pangkalahatang tuntunin, ang signal transduction pathway na kinasasangkutan ng G-proteins - protein kinases ay kinabibilangan ng mga sumusunod na hakbang.
1. Ang ligand ay nagbubuklod sa isang receptor sa lamad ng selula.
2. Ang ligand-bound receptor, na nakikipag-ugnayan sa G-protein, ay ina-activate ito, at ang activated G-protein ay nagbubuklod sa GTP.
3. Nakikipag-ugnayan ang activated G-protein sa isa o higit pa sa mga sumusunod na compound: adenylate cyclase, phosphodiesterase, phospholipases C, A 2, D, pag-activate o pag-iwas sa mga ito.
4. Ang intracellular level ng isa o higit pang mga pangalawang mensahero, tulad ng cAMP, cGMP, Ca 2+, IP 3 o DAG, ay tumataas o bumababa.
5. Ang pagtaas o pagbaba sa konsentrasyon ng pangalawang mensahero ay nakakaapekto sa aktibidad ng isa o higit pang mga protein kinase na nakadepende dito, tulad ng cAMP-dependent protein kinase (protein kinase A), cGMP-dependent protein kinase (PKG), protina kinase na umaasa sa calmodulin(CMPC), protina kinase C. Ang pagbabago sa konsentrasyon ng pangalawang mensahero ay maaaring mag-activate ng isa o isa pang ion channel.
6. Ang antas ng phosphorylation ng isang enzyme o ion channel ay nagbabago, na nakakaapekto sa aktibidad ng ion channel, na tinutukoy ang huling tugon ng cell.
kanin. 2-1. Ang ilang mga kaskad ng mga kaganapan na natanto sa cell salamat sa pangalawang messenger.
Mga pagtatalaga: * - activated enzyme
G protein-coupled membrane receptors
Ang mga receptor ng lamad na namamagitan sa pag-activate ng agonist-dependent ng mga protina ng G ay bumubuo ng isang espesyal na pamilya ng mga protina, na may higit sa 500 miyembro. Kabilang dito ang α- at β-adrenergic, muscarinic acetylcholine, serotonin, adenosine, olfactory receptors, rhodopsin, pati na rin ang mga receptor para sa karamihan ng peptide hormones. Ang mga miyembro ng G protein-coupled receptor na pamilya ay may pitong transmembrane α-helice (Larawan 2-2 A), bawat isa ay naglalaman ng 22-28 na nakararami sa hydrophobic amino acid residues.
Para sa ilang ligand, gaya ng acetylcholine, epinephrine, norepinephrine at serotonin, kilala ang iba't ibang subtype ng G-protein coupled receptors. Madalas silang naiiba sa kanilang pagkakaugnay para sa mga mapagkumpitensyang agonist at antagonist.
Ang sumusunod ay ipinakita (Larawan 2-2 B) ang molekular na organisasyon ng adenylate cyclase, isang enzyme na gumagawa ng cAMP (ang unang bukas na pangalawang mensahero). Ang adenylate cyclase regulatory pathway ay itinuturing na klasikal na G protein-mediated signal transduction pathway.
Ang adenylate cyclase ay nagsisilbing batayan para sa positibo o negatibong kontrol ng mga signal transduction pathway sa pamamagitan ng mga G protein. Sa isang positibong kontrol, ang pagbubuklod ng isang stimulatory ligand, tulad ng epinephrine, na kumikilos sa pamamagitan ng β-adrenergic receptors, ay humahantong sa pag-activate ng heterotrimeric G protein na may α subunit ng as type ("s" ay nangangahulugang stimulation). Ang pag-activate ng Gs-type G na mga protina ng ligand-bound receptor ay nagiging sanhi ng as-subunit nito na magbigkis sa GTP at pagkatapos ay humiwalay sa βγ-dimer.
Ipinapakita ng Figure 2-2 B kung paano pinaghiwa-hiwalay ng phospholipase C ang phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate sa inositol 1,4,5-trisphosphate at diacylglycerol. Ang parehong mga sangkap, inositol 1,4,5-triphosphate at diacylglycerol, ay pangalawang mensahero. Ang IP3, sa pamamagitan ng pagbubuklod sa mga tiyak na ligand-dependent na Ca 2+ na channel ng endoplasmic reticulum, ay naglalabas ng Ca 2+ mula dito, i.e. pinapataas ang konsentrasyon ng Ca 2+ sa cytosol. Ang Diacylglycerol, kasama ang Ca 2+, ay nagpapagana ng isa pang mahalagang klase ng mga kinase ng protina - ang protina kinase C.
Pagkatapos ay ipinapakita ang istraktura ng ilang pangalawang mensahero (Larawan 2-2 D-E): cAMP, GMP,
cGMP.
kanin. 2-2. Mga halimbawa ng molekular na organisasyon ng ilang istrukturang kasangkot sa mga signal transduction pathway.
Ang A ay isang cell membrane receptor na nagbubuklod sa isang ligand sa panlabas na ibabaw, at isang heterotrimeric G-protein sa loob. B - molekular na organisasyon ng adenylate cyclase. B - istraktura ng phosphatidylinositol-4,5-diphosphate at inositol-1,4,5-triphosphate at diacylglycerol na nabuo sa ilalim ng pagkilos ng phospholipase C. D - istraktura ng 3",5"-cyclic AMP (protein kinase A activator). D - istraktura ng HMF. E - istraktura ng 3",5"-cyclic GMP (protein kinase G activator)
Mga protina ng heterotrimeric G
Ang heterotrimeric G protein ay binubuo ng tatlong subunits: α (40,000–45,000 Da), β (mga 37,000 Da), at γ (8000–10,000 Da). Ang tungkol sa 20 iba't ibang mga gene na naka-encode sa mga subunit na ito ay kilala na ngayon, kabilang ang hindi bababa sa apat na β-subunit na mga gene at humigit-kumulang pitong mammalian γ-subunit na mga gene. Ang pag-andar at pagtitiyak ng isang protina ng G ay karaniwang, bagaman hindi palaging, tinutukoy ng α subunit nito. Sa karamihan ng mga protina ng G, ang mga subunit ng β at γ ay mahigpit na nakaugnay sa isa't isa. Ang ilang mga heterotrimeric na protina ng G at ang mga transduction pathway kung saan sila ay kasangkot ay nakalista sa Talahanayan. 2-1.
Ang mga heterotrimeric G protein ay nagsisilbing mga tagapamagitan sa pagitan ng mga plasma membrane receptor para sa higit sa 100 extracellular regulatory substance at ang mga intracellular na proseso na kinokontrol nila. Sa pangkalahatang mga termino, ang pagbubuklod ng isang regulatory substance sa receptor nito ay nagpapagana sa G protein, na maaaring mag-activate o humahadlang sa enzyme at/o nagtatakda ng isang hanay ng mga kaganapan na humahantong sa pag-activate ng mga partikular na channel ng ion.
Sa Fig. Ipinapakita ng 2-3 ang pangkalahatang prinsipyo ng pagpapatakbo ng heterotrimeric G-proteins. Sa karamihan ng mga protina ng G, ang subunit ng α ay ang "manggagawa" ng mga heterotrimeric na protina ng G. Ang pag-activate ng karamihan sa mga protina ng G ay humahantong sa isang pagbabago sa conformational sa subunit na ito. Ang mga hindi aktibong protina ng G ay umiiral pangunahin sa anyo ng mga αβγ heterotrimer,
na may GDP sa mga posisyong nagbubuklod ng nucleotide. Ang pakikipag-ugnayan ng heterotrimeric G-proteins sa ligand-attached receptor ay humahantong sa conversion ng α-subunit sa isang aktibong form na may tumaas na affinity para sa GTP at nabawasan ang affinity para sa βγ-complex. Bilang resulta, ang naka-activate na α-subunit ay naglalabas ng GDP, nagbubuklod sa GTP, at pagkatapos ay humiwalay sa βγ-dimer. Para sa karamihan ng mga protina ng G, ang dissociated α subunit pagkatapos ay nakikipag-ugnayan sa mga effector protein sa signal transduction pathway. Gayunpaman, para sa ilang mga protina ng G, ang pinakawalan na βγ-dimer ay maaaring maging responsable para sa lahat o ilan sa mga epekto ng receptor-ligand complex.
Ang operasyon ng ilang mga channel ng ion ay direktang binago ng mga protina ng G, i.e. nang walang paglahok ng mga pangalawang mensahero. Halimbawa, ang pagbubuklod ng acetylcholine sa muscarinic M2 receptors sa puso at ilang neuron ay humahantong sa pag-activate ng isang espesyal na klase ng K + channels. Sa kasong ito, ang pagbubuklod ng acetylcholine sa muscarinic receptor ay humahantong sa pag-activate ng G protein. Ang naka-activate na α-subunit nito pagkatapos ay humiwalay sa βγ-dimer, at ang βγ-dimer ay direktang nakikipag-ugnayan sa isang espesyal na klase ng K+ channel, na nagdadala sa kanila sa bukas na estado. Ang pagbubuklod ng acetylcholine sa muscarinic receptors, na nagpapataas ng K+ conductivity ng pacemaker cells sa sinoatrial node ng puso, ay isa sa mga pangunahing mekanismo kung saan ang mga parasympathetic nerves ay nagdudulot ng pagbaba sa rate ng puso.
kanin. 2-3. Ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng heterotrimeric GTP-binding proteins (heterotrimeric G-proteins).
Talahanayan 2-1.Ang ilang mammalian heterotrimeric GTP-binding proteins, na inuri batay sa kanilang α-subunits*
* Sa loob ng bawat klase ng α-subunits, ilang isoform ang nakikilala. Mahigit sa 20 α-subunit ang natukoy.
Monomeric G na protina
Ang mga cell ay naglalaman ng isa pang pamilya ng GTP-binding protein na tinatawag monomeric Mga protina na nagbubuklod ng GTP. Kilala rin sila bilang Mababang molekular na timbang G protina o maliliit na protina ng G(molecular weight 20,000-35,000 Da). Inililista ng talahanayan 2-2 ang mga pangunahing subclass ng mga monomeric na GTP-binding na protina at ang ilan sa kanilang mga katangian. Ang mga tulad ng Ras at Rho-like na monomeric GTP-binding na protina ay kasangkot sa signal transduction pathway sa yugto ng paghahatid ng signal mula sa tyrosine kinase, ang growth factor receptor, hanggang sa mga intracellular effector. Kabilang sa mga proseso na kinokontrol ng mga signal transduction pathway kung saan ang mga monomeric na GTP-binding protein ay kasangkot ay ang pagpahaba ng polypeptide chain sa panahon ng synthesis ng protina, paglaganap at pagkita ng kaibahan ng mga cell, ang kanilang malignant na pagkabulok, kontrol ng actin cytoskeleton, komunikasyon sa pagitan ng cytoskeleton
at extracellular matrix, transportasyon ng mga vesicle sa pagitan ng iba't ibang organelles at exocytotic secretion.
Ang mga monomeric na GTP-binding protein, tulad ng kanilang mga heterotrimeric na katapat, ay mga molecular switch na umiiral sa dalawang anyo - naka-activate na "on" at inactivated "off" (Fig. 2-4 B). Gayunpaman, ang activation at inactivation ng monomeric GTP-binding proteins ay nangangailangan ng karagdagang regulatory proteins na, gaya ng nalalaman, ay hindi kinakailangan para sa function ng heterotrimeric G proteins. Ang mga monomeric G na protina ay isinaaktibo guanine nucleotide-releasing proteins, at hindi aktibo Mga protina na nagpapagana ng GTPase. Kaya, ang activation at inactivation ng monomeric GTP-binding proteins ay kinokontrol ng mga signal na nagbabago sa aktibidad. guanine nucleotide-releasing proteins o Mga protina na nagpapagana ng GTPase sa halip na sa pamamagitan ng direktang pag-target sa mga monomeric G protein.
kanin. 2-4. Ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng monomeric GTP-binding proteins (monomeric G-proteins).
Talahanayan 2-2.Mga subfamily ng monomeric GTP-binding protein at ilang intracellular na proseso na kinokontrol ng mga ito
Mekanismo ng pagpapatakbo ng heterotrimeric G-protein
Ang mga hindi aktibong protina ng G ay umiiral lalo na sa anyo ng mga αβγ heterotrimer, na may GDP sa kanilang mga posisyon na nagbubuklod ng nucleotide (Larawan 2-5 A). Ang pakikipag-ugnayan ng heterotrimeric G-proteins na may ligand-attached receptor ay humahantong sa pagbabago ng α-subunit sa isang aktibong anyo, na may mas mataas na affinity para sa GTP at isang nabawasan na affinity para sa βγ-complex (Fig. 2-5 B ). Sa karamihan ng mga heterotrimeric G na protina, ito ay ang α subunit na ang istraktura na nagpapadala ng impormasyon. Ang pag-activate ng karamihan sa mga protina ng G ay humahantong sa isang pagbabago sa conformational sa α subunit.
Bilang resulta, ang activated α-subunit ay naglalabas ng GDP, nakakabit sa GTP (Larawan 2-5 B), at pagkatapos ay humiwalay sa βγ-dimer (Larawan 2-5 D). Sa karamihan ng mga protina ng G, ang dissociated na α-subunit ay agad na nakikipag-ugnayan sa mga effector protein (E 1) sa signal transduction pathway (Fig. 2-5 D). Gayunpaman, para sa ilang mga protina ng G, ang pinakawalan na βγ-dimer ay maaaring maging responsable para sa lahat o ilan sa mga epekto ng receptor-ligand complex. Ang βγ-dimer pagkatapos ay nakikipag-ugnayan sa effector protein E 2 (Larawan 2-5 E). Ang mga miyembro ng pamilya ng protina ng RGS G ay higit na ipinapakita upang pasiglahin ang hydrolysis ng GTP (Larawan 2-5 E). Ito ay hindi aktibo ang α subunit at pinagsasama ang lahat ng mga subunit sa isang αβγ heterotrimer.
kanin. 2-5. Ang cycle ng operasyon ng heterotrimeric G protein, na nag-trigger ng karagdagang hanay ng mga kaganapan sa tulong nitoα - mga subunit.
Mga pagtatalaga: R - receptor, L - ligand, E - effector protein
Signal transduction pathways sa pamamagitan ng heterotrimeric G proteins
Ipinapakita ng Figure 2-6 A ang tatlong ligand, ang kanilang mga receptor na pinagsama sa iba't ibang mga protina ng G, at ang kanilang mga target na molekular. Ang adenylate cyclase ay ang batayan para sa positibo o negatibong kontrol ng mga signal transduction pathway na pinapamagitan ng mga protina ng G. Sa isang positibong kontrol, ang pagbubuklod ng isang stimulatory ligand tulad ng norepinephrine na kumikilos sa pamamagitan ng β-adrenergic receptors ay humahantong sa pag-activate ng heterotrimeric G na mga protina na may α subunit type na α S ("s" ay nangangahulugang pagpapasigla). Samakatuwid, ang naturang G protein ay tinatawag na G S -type G na protina. Ang pag-activate ng G s -type G na mga protina ng isang ligand-bound receptor ay nagiging sanhi ng α s subunit nito na magbigkis sa GTP at pagkatapos ay humiwalay sa βγ-dimer.
Ang iba pang mga regulatory substance, gaya ng epinephrine, na kumikilos sa pamamagitan ng α 2 receptors, o adenosine, na kumikilos sa pamamagitan ng α 1 receptors, o dopamine, na kumikilos sa pamamagitan ng D 2 receptors, ay kasangkot sa negatibo o nagbabawal na kontrol ng adenylate cyclase. Ang mga regulatory substance na ito ay nag-a-activate ng G i -type G na mga protina, na mayroong α subunit ng α i type ("i" ay nangangahulugang inhibition). Pagbubuklod ng isang inhibitory ligand sa nito
pinapagana ng receptor ang G i -type ng G-proteins at nagiging sanhi ng paghihiwalay ng α i -subunit nito mula sa βγ-dimer. Ang activated α i subunit ay nagbubuklod sa adenylate cyclase at pinipigilan ang aktibidad nito. Bilang karagdagan, ang mga βγ dimer ay maaaring magbigkis ng mga libreng subunit ng α s. Sa ganitong paraan, ang pagbubuklod ng mga βγ-dimer sa libreng α s -subunit ay higit na pinipigilan ang pagpapasigla ng adenylate cyclase, na humaharang sa pagkilos ng mga stimulatory ligand.
Ang isa pang klase ng extracellular agonists (Fig. 2-6 A) ay nagbubuklod sa mga receptor na nag-activate, sa pamamagitan ng isang G protein na tinatawag na G q, ang β-isoform ng phospholipase C. Ito ay nagbubuklod sa phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate (isang phospholipid na naroroon sa maliliit na dami. sa plasma membrane) sa inositol 1,4,5-triphosphate at diacylglycerol, na mga pangalawang mensahero. Ang IP 3, na nagbubuklod sa mga tiyak na ligand-dependent na Ca 2+ na mga channel ng endoplasmic reticulum, ay naglalabas ng Ca 2+ mula dito, i.e. pinapataas ang konsentrasyon ng Ca 2+ sa cytosol. Ang mga endoplasmic reticulum Ca 2+ channel ay kasangkot sa electromechanical coupling sa skeletal at cardiac na kalamnan. Ang diacylglycerol, kasama ang Ca 2+, ay nagpapagana ng protina kinase C. Kasama sa mga substrate nito, halimbawa, ang mga protina na kasangkot sa regulasyon ng paghahati ng cell.
kanin. 2-6. Mga halimbawa ng signal transduction pathway sa pamamagitan ng heterotrimeric G protein.
A - sa tatlong halimbawang ibinigay, ang pagbubuklod ng isang neurotransmitter sa isang receptor ay humahantong sa pag-activate ng protina ng G at kasunod na pag-activate ng mga landas ng pangalawang mensahero. Ang G s , G q , at G i ay tumutukoy sa tatlong magkakaibang uri ng heterotrimeric na protina ng G. B - ang regulasyon ng mga cellular protein sa pamamagitan ng phosphorylation ay humahantong sa isang pagtaas o pagbaba sa kanilang aktibidad, at ito, sa turn, ay tumutukoy sa cellular reaksyon na kinakailangan para sa katawan. Ang phosphorylation ng protina ay isinasagawa ng mga kinase ng protina, at ang dephosphorylation ay isinasagawa ng mga phosphatases ng protina. Ang protina kinase ay naglilipat ng phosphate group (Pi) mula sa ATP patungo sa serine, threonine, o tyrosine residues ng mga protina. Binabaliktad ng phosphorylation na ito ang istraktura at pag-andar ng mga cellular protein. Ang parehong uri ng mga enzyme, kinase at phosphatases, ay kinokontrol ng iba't ibang intracellular second messenger
Mga landas para sa pag-activate ng intracellular protein kinases
Ang pakikipag-ugnayan ng heterotrimeric G-protein sa ligand-attached receptor ay humahantong sa pagbabago ng α-subunit sa isang aktibong anyo, na may tumaas na pagkakaugnay para sa GTP at isang nabawasan na pagkakaugnay para sa βγ-complex. Ang pag-activate ng karamihan sa mga protina ng G ay nagreresulta sa isang pagbabago sa konpormasyon sa α subunit, na naglalabas ng GDP, nagbubuklod sa GTP, at pagkatapos ay humihiwalay sa βγ dimer. Ang dissociated α-subunit pagkatapos ay nakikipag-ugnayan sa effector proteins sa signal transduction pathway.
Ipinapakita ng Figure 2-7 A ang pag-activate ng heterotrimeric G s -type G na mga protina na may α s -type α subunit, na nangyayari dahil sa pagbubuklod sa receptor ligand at humahantong sa α s -subunit ng G s -type G na mga protina na nagbubuklod. GTP at pagkatapos ay humiwalay sa βγ-dimer, at pagkatapos ay nakikipag-ugnayan sa adenylate cyclase. Ito ay humahantong sa pagtaas ng mga antas ng cAMP at pag-activate ng PKA.
Ipinapakita ng Figure 2-7 B ang pag-activate ng heterotrimeric G t -type G na mga protina na may α t -type α subunit, na nangyayari dahil sa pagbubuklod sa receptor ligand at humahantong sa katotohanan na ang α t -subunit ng G t -type Ang mga protina ng G ay isinaaktibo at pagkatapos ay humihiwalay mula sa βγ-dimer, at pagkatapos ay nakikipag-ugnayan sa phosphodiesterase. Ito ay humahantong sa pagtaas ng mga antas ng cGMP at pag-activate ng PKG.
Ang catecholamine receptor α 1 ay nakikipag-ugnayan sa G αq subunit, na nagpapagana ng phospholipase C. Ipinapakita ng Figure 2-7 B ang pag-activate ng heterotrimeric G proteins ng G αq type na may α subunit ng α q type, na nangyayari dahil sa pagbubuklod. ng ligand sa receptor at humahantong sa na ang α q -subunit ng G-proteins G αq -type ay isinaaktibo at pagkatapos ay humiwalay mula sa βγ-dimer, at pagkatapos ay nakikipag-ugnayan sa phospholipase C. Pinutol nito ang phosphatidylinositol 4,5-diphosphate sa IP 3 at DAG. Nagreresulta ito sa pagtaas ng mga antas ng IP 3 at DAG. IP 3, na nagbubuklod sa mga tiyak na ligand-dependent na Ca 2+ na channel ng endoplasmic reticulum,
naglalabas ng Ca 2+ mula rito. Ang DAG ay nagdudulot ng activation ng protein kinase C. Sa isang unstimulated cell, isang malaking halaga ng enzyme na ito ay nasa cytosol sa isang hindi aktibong anyo. Ang Ca 2+ ay nagiging sanhi ng protina kinase C na magbigkis sa panloob na ibabaw ng lamad ng plasma. Dito ang enzyme ay maaaring i-activate ng diacylglycerol, na nabuo sa pamamagitan ng hydrolysis ng phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate. Ang lamad na phosphatidylserine ay maaari ding maging isang activator ng protina kinase C kung ang enzyme ay matatagpuan sa lamad.
Humigit-kumulang 10 isoform ng protina kinase C ang inilarawan. Bagama't ang ilan sa mga ito ay naroroon sa maraming mammalian cells, ang γ at ε subtype ay matatagpuan pangunahin sa mga cell ng central nervous system. Ang mga subtype ng protina kinase C ay naiiba hindi lamang sa kanilang pamamahagi sa buong katawan, ngunit, tila, din sa mga mekanismo para sa pag-regulate ng kanilang aktibidad. Ang ilan sa mga ito sa mga unstimulated na mga cell ay nauugnay sa lamad ng plasma, i.e. hindi nangangailangan ng pagtaas sa konsentrasyon ng Ca 2+ para sa pag-activate. Ang ilang mga isoform ng protina kinase C ay isinaaktibo ng arachidonic acid o iba pang unsaturated fatty acid.
Ang paunang lumilipas na pag-activate ng protina kinase C ay nangyayari sa ilalim ng impluwensya ng diacylglycerol, na inilabas kapag ang phospholipase C β ay isinaaktibo, at din sa ilalim ng impluwensya ng Ca 2+ na inilabas mula sa mga intracellular na tindahan ng IP 3 . Ang pangmatagalang pag-activate ng protina kinase C ay na-trigger ng receptor-dependent phospholipases A 2 at D. Ang mga ito ay pangunahing kumikilos sa phosphatidylcholine, ang pangunahing lamad na phospholipid. Ang Phospholipase A 2 ay naghihiwalay mula dito ang fatty acid sa pangalawang posisyon (karaniwang unsaturated) at lysophosphatidylcholine. Ang parehong mga produktong ito ay nagpapagana ng ilang isoform ng protina kinase C. Ang phospholipase D na umaasa sa receptor ay sumisira sa phosphatidylcholine upang mabuo ang phosphatidic acid at choline. Ang Phosphatidic acid ay higit na nahati sa diacylglycerol, na kasangkot sa pangmatagalang pagpapasigla ng protina kinase C.
kanin. 2-7. Mga pangunahing prinsipyo ng pag-activate ng protina kinase A, protina kinase G at protina kinase C.
Mga pagtatalaga: R - receptor, L - ligand
cAMP-dependent protein kinase (protein kinase A) at mga nauugnay na signaling pathway
Sa kawalan ng cAMP, ang cAMP-dependent protein kinase (protein kinase A) ay binubuo ng apat na subunits: dalawang regulatory at dalawang catalytic. Sa karamihan ng mga uri ng cell, ang catalytic subunit ay pareho, at ang mga regulatory subunit ay lubos na tiyak. Ang pagkakaroon ng mga subunit ng regulasyon ay halos ganap na pinipigilan ang aktibidad ng enzymatic ng complex. Kaya, ang pag-activate ng aktibidad ng enzymatic na protina na umaasa sa cAMP na kinase ay dapat kasangkot sa dissociation ng mga subunit ng regulasyon mula sa complex.
Ang pag-activate ay nangyayari sa pagkakaroon ng mga micromolar na konsentrasyon ng cAMP. Ang bawat subunit ng regulasyon ay nagbubuklod sa dalawa sa mga molekula nito. Ang pagbubuklod ng cAMP ay nag-uudyok ng mga pagbabago sa conformational sa mga regulatory subunit at binabawasan ang affinity ng kanilang pakikipag-ugnayan sa mga catalytic subunits. Bilang resulta, ang mga regulatory subunit ay nahihiwalay mula sa catalytic subunits, at ang catalytic subunits ay naging aktibo. Ang aktibong catalytic subunit ay nagpo-phosphorylate ng mga target na protina sa mga tiyak na serine at threonine residues.
Ang isang paghahambing ng mga pagkakasunud-sunod ng amino acid ng cAMP-dependent at iba pang mga klase ng mga kinase ng protina ay nagpapakita na, sa kabila ng malakas na pagkakaiba sa kanilang mga katangian ng regulasyon, ang lahat ng mga enzyme na ito ay lubos na homologous sa pangunahing istraktura ng gitnang bahagi. Ang bahaging ito ay naglalaman ng domain na nagbubuklod ng ATP at ang aktibong site ng enzyme, na nagsisiguro sa paglipat ng pospeyt mula sa ATP patungo sa protina ng acceptor. Ang mga rehiyon ng kinase na lampas sa catalytic midsection na ito ng protina ay kasangkot sa regulasyon ng aktibidad ng kinase.
Ang kristal na istraktura ng catalytic subunit ng cAMP-dependent protein kinase ay natukoy din. Ang catalytic na gitnang bahagi ng molekula, na nasa lahat ng kilalang protina kinases, ay binubuo ng dalawang bahagi. Ang mas maliit na bahagi ay naglalaman ng isang hindi pangkaraniwang ATP-binding site, at ang mas malaking bahagi ay naglalaman ng isang peptide binding site. Maraming mga kinase ng protina ay naglalaman din ng isang rehiyon ng regulasyon na kilala bilang pseudosubstrate na domain. Sa pagkakasunud-sunod ng amino acid, ito ay kahawig ng mga phosphorylatable na rehiyon ng mga protina ng substrate. Ang domain ng pseudosubstrate, sa pamamagitan ng pagbubuklod sa aktibong site ng protina kinase, ay pumipigil sa phosphorylation ng tunay na mga substrate ng protina kinase. Ang pag-activate ng kinase ay maaaring may kasamang phosphorylation o non-covalent allosteric modification ng protein kinase upang maalis ang inhibitory effect ng pseudosubstrate domain.
kanin. 2-8. cAMP-dependent protein kinase A at mga target.
Kapag ang epinephrine ay nagbubuklod sa kaukulang receptor nito, ang pag-activate ng α s subunit ay nagpapasigla sa adenylate cyclase upang mapataas ang mga antas ng cAMP. Ang cAMP ay nagpapagana ng protina kinase A, na, sa pamamagitan ng phosphorylation, ay may tatlong pangunahing epekto. (1) Ang protina kinase A ay nagpapagana ng glycogen phosphorylase kinase, na nagpo-phosphorylate at nag-activate ng glycogen phosphorylase. (2) Ang protina kinase A ay hindi aktibo ang glycogen synthase at sa gayon ay binabawasan ang pagbuo ng glycogen. (3) Ang protina kinase A ay nagpapagana ng phosphoprotein phosphatase inhibitor-1 at sa gayon ay pinipigilan ang phosphatase. Ang pangkalahatang epekto ay upang i-coordinate ang mga pagbabago sa mga antas ng glucose.
Mga pagtatalaga: UDP-glucose - uridine diphosphate glucose
Hormonal na regulasyon ng aktibidad ng adenylate cyclase
Ipinapakita ng Figure 2-9 A ang prinsipyong mekanismo ng hormone-induced stimulation at inhibition ng adenylate cyclase. Ang pakikipag-ugnayan ng isang ligand sa isang receptor na nauugnay sa isang α subunit ng uri α s (stimulatory) ay nagdudulot ng pag-activate ng adenylate cyclase, habang ang pakikipag-ugnayan ng isang ligand na may isang receptor na nauugnay sa isang α subunit ng uri α i (inhibitory) ay nagdudulot ng pagsugpo ng ang enzyme. Ang G βγ subunit ay magkapareho sa parehong nagpapasigla at nagbabawal na mga protina ng G. Magkaiba ang mga subunit at receptor ng G α. Ang ligand-stimulated na pagbuo ng mga aktibong G α GTP complex ay nangyayari sa pamamagitan ng parehong mga mekanismo sa parehong mga protina ng G α at G αi. Gayunpaman, magkaiba ang pakikipag-ugnayan ng G αs GTP at G αi GTP sa adenylate cyclase. Ang isa (G αs GTP) ay nagpapasigla, at ang isa pang G αi GTP) ay pumipigil sa catalytic na aktibidad nito.
Ipinapakita ng Figure 2-9 B ang mekanismo ng pag-activate at pagsugpo ng adenylate cyclase na dulot ng ilang hormones. Ang mga β 1 -, β 2 - at D 1 -receptor ay nakikipag-ugnayan sa mga subunit na nagpapagana ng adenylate cyclase at nagpapataas ng mga antas ng cAMP. Ang mga receptor ng α 2 at D 2 ay nakikipag-ugnayan sa mga subunit ng G αi, na pumipigil sa adenylate cyclase. (Tulad ng para sa α 1 receptor, ito ay nakikipag-ugnayan sa G subunit, na nagpapagana ng phospholipase C.) Isaalang-alang ang isa sa mga halimbawang ipinakita sa figure. Ang epinephrine ay nagbubuklod sa β1 receptor, na humahantong sa pag-activate ng G αs protein, na nagpapasigla sa adenylate cyclase. Ito ay humahantong sa isang pagtaas sa mga antas ng intracellular cAMP, at sa gayon ay pinahuhusay ang aktibidad ng PKA. Sa kabilang banda, ang norepinephrine ay nagbubuklod sa α 2 receptor, na humahantong sa pag-activate ng G αi protein, na pumipigil sa adenylate cyclase at sa gayon ay binabawasan ang intracellular level ng cAMP, na binabawasan ang aktibidad ng PKA.
kanin. 2-9. Ligand (hormone)-sapilitan activation at pagsugpo ng adenylate cyclase.
Ang A ay ang pangunahing mekanismo. B - mekanismo na may kaugnayan sa mga tiyak na hormone
Protein kinase C at mga nauugnay na signaling pathway
Ang α 1 receptor ay nakikipag-ugnayan sa G αq subunit ng G protein, na nagpapagana sa phospholipase C. Ang Phospholipase C ay naghahati sa phosphatidylinositol 4,5-diphosphate sa IP 3 at DAG. Ang IP 3, na nagbubuklod sa mga tiyak na ligand-dependent na Ca 2+ na mga channel ng endoplasmic reticulum, ay naglalabas ng Ca 2+ mula dito, i.e. pinapataas ang konsentrasyon ng Ca 2+ sa cytosol. Ang DAG ay nagdudulot ng activation ng protein kinase C. Sa isang unstimulated cell, ang enzyme na ito ay hindi aktibo sa cytosol
anyo. Kung tumaas ang antas ng cytosolic Ca 2+, nakikipag-ugnayan ang Ca 2+ sa protina kinase C, na humahantong sa pagbubuklod ng protina kinase C sa panloob na ibabaw ng lamad ng cell. Sa posisyon na ito, ang enzyme ay isinaaktibo ng diacylglycerol na nabuo sa panahon ng hydrolysis ng phosphatidylinositol-4,5-diphosphate. Ang lamad na phosphatidylserine ay maaari ding maging isang activator ng protina kinase C kung ang enzyme ay matatagpuan sa lamad.
Inililista ng talahanayan 2-3 ang mga isoform ng mammalian protein kinase C at ang mga katangian ng mga isoform na ito.
Talahanayan 2-3.Mga katangian ng mammalian protein kinase C isoforms
DAG - diacylglycerol; PS - phosphatidylserine; FFA - cis-unsaturated fatty acids; LPC - lysophosphatidylcholine.
kanin. 2-10. Diacylglycerol/inositol 1,4,5-triphosphate signaling pathways
Phospholipases at mga nauugnay na signaling pathway gamit ang halimbawa ng arachidonic acid
Ang ilang mga agonist sa pamamagitan ng mga protina ng G ay aktibo phospholipase A 2, na kumikilos sa mga phospholipid ng lamad. Ang mga produkto ng kanilang mga reaksyon ay maaaring mag-activate ng protina kinase C. Sa partikular, ang phospholipase A 2 ay naghihiwalay sa fatty acid na matatagpuan sa pangalawang posisyon mula sa phospholipids. Dahil sa katotohanan na ang ilang mga phospholipid ay naglalaman ng arachidonic acid sa posisyon na ito, na sanhi ng phospholipase A 2, ang pagkasira ng mga phospholipid na ito ay naglalabas ng isang malaking halaga nito.
Ang inilarawan sa itaas na signaling pathway ng arachidonic acid na nauugnay sa phospholipase A 2 ay tinatawag na direkta. Ang hindi direktang landas ng pag-activate ng arachidonic acid ay nauugnay sa phospholipase C β.
Ang arachidonic acid mismo ay isang effector molecule, at bilang karagdagan, ay nagsisilbing precursor para sa intracellular synthesis prostaglandin, prostacyclins, thromboxanes At leukotrienes- mahahalagang klase ng mga regulatory molecule. Ang arachidonic acid ay nabuo din mula sa mga produkto ng pagkasira ng diacyl-glycerols.
Ang mga prostaglandin, prostacyclins at thromboxanes ay synthesize mula sa arachidonic acid landas na umaasa sa cyclooxygenase, at leukotrienes - landas na umaasa sa lipoxygenase. Ang isa sa mga anti-inflammatory effect ng glucocorticoids ay tiyak ang pagsugpo ng phospholipase A 2, na naglalabas ng arachidonic acid mula sa phospholipids. Ang acetylsalicylic acid (aspirin ) at iba pang non-steroidal na anti-inflammatory na gamot ay pumipigil sa oksihenasyon ng arachidonic acid ng cyclooxygenase.
kanin. 2-11. Arachidonic acid signaling pathways.
Mga pagtatalaga: PG - prostaglandin, LH - leukotriene, GPETE - hydroperoxyeicosatetraenoate, GETE - hydroxyeicosatetraenoate, EPR - endoplasmic reticulum
Calmodulin: istraktura at pag-andar
Ang iba't ibang mahahalagang proseso ng cellular, kabilang ang paglabas ng neurotransmitter, pagtatago ng hormone, at pag-urong ng kalamnan, ay kinokontrol ng mga antas ng cytosolic Ca 2+. Ang isang paraan na nakakaimpluwensya ang ion na ito sa mga proseso ng cellular ay sa pamamagitan ng pagbubuklod nito sa calmodulin.
Calmodulin- protina na may molekular na timbang na 16,700 (Larawan 2-12 A). Ito ay naroroon sa lahat ng mga cell, kung minsan ay umaabot ng hanggang 1% ng kanilang kabuuang nilalaman ng protina. Ang Calmodulin ay nagbubuklod ng apat na calcium ions (Larawan 2-12 B at C), pagkatapos nito ay kinokontrol ng complex na ito ang aktibidad ng iba't ibang intracellular na protina, na marami sa mga ito ay hindi protina kinases.
Ang Ca 2+ complex na may calmodulin ay nagpapagana din ng mga kinase ng protina na umaasa sa calmodulin. Mga partikular na protinang kinase na umaasa sa calmodulin na may phosphorylate, tulad ng mga regulatory light chain ng myosin, phosphorylase, at elongation factor II. Ang multifunctional calmodulin-dependent protein kinases ay nagpo-phosphorylate ng maraming nuclear, cytoskeletal, o membrane na mga protina. Ang ilang mga kinase ng protina na umaasa sa calmodulin, tulad ng
Ang myosin light chain at phosphorylase kinase ay kumikilos lamang sa isang cellular substrate, habang ang iba ay multifunctional at phosphorylate ng higit sa isang substrate na protina.
Ang Calmodulin-dependent protein kinase II ay isang pangunahing protina ng nervous system. Sa ilang bahagi ng utak ito ay umaabot ng hanggang 2% ng kabuuang protina. Ang kinase na ito ay kasangkot sa mekanismo kung saan ang pagtaas sa konsentrasyon ng Ca 2+ sa nerve terminal ay nagiging sanhi ng paglabas ng isang neurotransmitter sa pamamagitan ng exocytosis. Ang pangunahing substrate nito ay tinatawag na protina synapsin I, naroroon sa mga nerve endings at nagbubuklod sa panlabas na ibabaw ng synaptic vesicles. Kapag ang synapsin I ay nakatali sa mga vesicle, pinipigilan nito ang exocytosis. Ang phosphorylation ng synapsin I ay nagiging sanhi ng paghihiwalay nito sa mga vesicle, na nagpapahintulot sa kanila na ilabas ang neurotransmitter sa synaptic cleft sa pamamagitan ng exocytosis.
Ang Myosin light chain kinase ay gumaganap ng isang mahalagang papel sa regulasyon ng makinis na pag-urong ng kalamnan. Ang pagtaas ng cytosolic Ca 2+ na konsentrasyon sa makinis na mga selula ng kalamnan ay nagpapagana ng myosin light chain kinase. Ang phosphorylation ng myosin regulatory light chain ay humahantong sa matagal na pag-urong ng makinis na mga selula ng kalamnan.
kanin. 2-12. Calmodulin.
A - calmodulin na walang calcium. B - calcium na nagbubuklod sa calmodulin at ang peptide target. B - scheme ng koneksyon.
Mga pagtatalaga: EF - Ca 2+ -nagbubuklod na mga domain ng calmodulin
Mga receptor na may intrinsic na aktibidad ng enzymatic (catalytic receptors)
Ang mga hormone at growth factor ay nagbubuklod sa mga protina sa ibabaw ng cell na may aktibidad na enzymatic sa cytoplasmic na bahagi ng lamad. Ipinapakita ng Figure 2-13 ang limang klase ng catalytic receptors.
Isa sa mga tipikal na halimbawa ng transmembrane mga receptor na may aktibidad na guanylate cyclase, atrial natriuretic peptide (ANP) na receptor. Ang receptor ng lamad kung saan ang ANP ay nagbubuklod ay independiyente sa mga signal transduction system na isinasaalang-alang. Ang pagkilos ng mga extracellular agonist ay inilarawan sa itaas, na, sa pamamagitan ng pagbubuklod sa mga receptor ng lamad, maaaring i-activate ang adenylate cyclase sa pamamagitan ng mga protina ng G s, o pagbawalan ito sa pamamagitan ng G i. Ang mga receptor ng lamad para sa ANP ay kawili-wili dahil ang mga receptor mismo ay may aktibidad na guanylate cyclase, na pinasigla ng pagbubuklod ng ANP sa receptor.
Ang mga receptor ng ANP ay mayroong extracellular ANP-binding domain, isang solong transmembrane helix, at isang intracellular guanylate cyclase domain. Ang pagbubuklod ng ANP sa receptor ay nagpapataas ng mga antas ng intracellular cGMP, na nagpapasigla sa cGMP-dependent protein kinase. Sa kaibahan sa cAMP-dependent protein kinase, na mayroong regulatory at catalytic subunits, ang regulatory at catalytic na mga domain ng cGMP-dependent protein kinase ay matatagpuan sa parehong polypeptide chain. Ang cGMP-dependent kinase pagkatapos ay nag-phosphorylates ng mga intracellular protein, na humahantong sa iba't ibang mga cellular na tugon.
Mga receptor na may aktibidad na serine-threonine kinase phosphorylate proteins lamang sa serine at/o threonine residues.
Ang isa pang pamilya ng non-G protein-coupled membrane receptors ay binubuo ng mga protina na may intrinsic tyrosine-protein kinase activity. Mga receptor na may sarili nitong aktibidad ng tyrosine-protein kinase ay mga protina na may glycosylated extracellular domain, ang tanging
rehiyon ng transmembrane at intracellular domain na may aktibidad na tyrosine-protein kinase. Nagbubuklod ng isang agonist sa kanila, hal. nerve growth factor (NGF), pinasisigla ang aktibidad ng tyrosine-protein kinase, na nagpo-phosphorylate ng mga partikular na effector protein sa ilang mga tira ng tyrosine. Karamihan sa mga receptor ng growth factor ay dimerize kapag ang NGF ay nagbubuklod sa kanila. Ito ay ang dimerization ng receptor na humahantong sa paglitaw ng aktibidad ng tyrosine protein kinase nito. Ang mga aktibong receptor ay kadalasang nag-phosphorylate sa kanilang sarili, na tinatawag na autophosphorylation.
Sa superfamily mga peptide receptor kasama ang mga insulin receptor. Ito rin ay tyrosine protein kinases. Sa subclass ng mga receptor na kabilang sa pamilya ng insulin receptor, ang unliganded receptor ay umiiral bilang isang disulfide-linked dimer. Ang pakikipag-ugnayan sa insulin ay humahantong sa mga pagbabago sa conformational sa parehong mga monomer, na nagpapataas ng pagbubuklod ng insulin, nagpapa-aktibo sa receptor tyrosine kinase at humahantong sa pagtaas ng autophosphorylation ng receptor.
Ang pagbubuklod ng isang hormone o growth factor sa receptor nito ay nag-trigger ng iba't ibang cellular response, kabilang ang pagpasok ng Ca 2+ sa cytoplasm, nadagdagan ang metabolismo ng Na + /H +, stimulation ng amino acid at sugar uptake, stimulation ng phospholipase C β at hydrolysis ng phosphatidylinositol diphosphate.
Mga receptor paglago hormone, prolactin At erythropoietin, parang receptors lang interferon at marami mga cytokine, hindi direktang nagsisilbing protina kinases. Gayunpaman, pagkatapos ng pag-activate, ang mga receptor na ito ay bumubuo ng mga signaling complex na may intracellular tyrosine-protein kinases, na nagpapalitaw ng kanilang mga intracellular effect. Iyon ang dahilan kung bakit hindi sila tunay na mga receptor na may sariling aktibidad ng tyrosine-protein kinase, ngunit itali lamang sa kanila.
Batay sa istraktura, maaari itong ipagpalagay na transmembrane tyrosine protein phosphatases ay mga receptor din, at ang kanilang aktibidad ng tyrosine-protein phosphatase ay binago ng mga extracellular ligand.
kanin. 2-13. Mga catalytic receptor.
A - guanyl cyclase receptor, B - receptor na may aktibidad ng serine-threonine kinase, B - receptor na may sarili nitong aktibidad ng tyrosine-protein kinase, D - mga receptor na nauugnay sa aktibidad ng tyrosine-protein kinase
Receptor-associated protein tyrosine kinases gamit ang halimbawa ng interferon receptors
Ang mga interferon receptor ay hindi direktang protina kinases. Kapag na-activate na, ang mga receptor na ito ay bumubuo ng mga signaling complex na may intracellular tyrosine-protein kinases, na nagpapalitaw ng kanilang mga intracellular effect. Iyon ay, hindi sila tunay na mga receptor na may sariling aktibidad ng tyrosine-protein kinase, ngunit nagbubuklod lamang sa kanila, na tinatawag na mga receptor. na nauugnay sa receptor (nakasalalay sa receptor) tyrosine-protein kinases.
Ang mga mekanismo kung saan ang mga receptor na ito ay nagsasagawa ng kanilang mga epekto ay na-trigger kapag ang isang hormone ay nagbubuklod sa receptor, na nagiging sanhi ng pagkadimerize nito. Ang isang receptor dimer ay nagbubuklod sa isa o higit pang mga miyembro Janus-pamilya ng protina tyrosine kinases (JAK). JAK tapos tumawid
phosphorylate sa bawat isa pati na rin ang receptor. Ang mga miyembro ng mga signal transducers at activators ng transcription (STAT) na pamilya ay nagbubuklod ng mga phosphorylated na domain sa receptor at JAK complex. Ang mga protina ng STAT ay phosphorylated ng JAK kinases at pagkatapos ay nahiwalay mula sa signaling complex. Ang mga phosphorylated STAT na protina sa kalaunan ay bumubuo ng mga dimer na lumilipat sa nucleus upang i-activate ang transkripsyon ng ilang mga gene.
Ang pagtitiyak ng receptor para sa bawat hormone ay nakasalalay sa bahagi sa pagiging tiyak ng mga miyembro ng pamilya ng JAK o STAT na pinagsama upang bumuo ng kumplikadong senyas. Sa ilang mga kaso, ina-activate din ng signaling complex ang MAP (mitogen-activating protein) kinase cascade sa pamamagitan ng mga adapter protein na ginagamit ng receptor tyrosine kinases. Ang ilan sa mga tugon ng receptor tyrosine kinase ligand ay nagsasangkot din sa mga landas ng JAK at STAT.
kanin. 2-14. Halimbawa ng mga catalytic receptor na nauugnay sa aktibidad ng protina tyrosine kinase. α-activate na receptor -interferon (A) atγ - interferon (B)
Ang mga tulad-ras na monomeric G na protina at ang kanilang mga mediated transduction pathway
Ang isang ligand, tulad ng isang growth factor, ay nagbubuklod sa isang receptor na may sarili nitong aktibidad ng protina tyrosine kinase, na nagreresulta sa pagtaas ng transkripsyon sa isang 10-hakbang na proseso. Ras-tulad ng monomeric GTP-binding na protina lumahok sa signal transduction pathway sa yugto ng signal transmission mula sa mga receptor na may sariling tyrosine-protein kinase activity (halimbawa, growth factor receptors) hanggang sa intracellular effectors. Ang activation at inactivation ng monomeric GTP-binding proteins ay nangangailangan ng karagdagang regulatory proteins. Ang mga monomeric G protein ay isinaaktibo ng guanine nucleotide releasing proteins (GNRPs) at hindi aktibo ng GTPase activating proteins (GAPs).
Ang mga monomeric na GTP-binding na protina ng pamilyang Ras ay namamagitan sa pagbubuklod ng mitogenic ligands at kanilang tyrosine-protein kinase receptors, na nag-trigger ng mga intracellular na proseso na humahantong sa paglaganap ng cell. Kapag ang mga protina ng Ras ay hindi aktibo, ang mga cell ay hindi tumutugon sa mga salik ng paglago na kumikilos sa pamamagitan ng mga receptor ng tyrosine kinase.
Ang pag-activate ng Ras ay nagti-trigger ng signal transduction pathway, na humahantong sa transkripsyon ng ilang partikular na gene na nagtataguyod ng paglaki ng cell. Ang MAP kinase (MAPK) cascade ay kasangkot sa mga tugon sa pag-activate ng Ras. Ang protina kinase C ay pinapagana din ang MAP kinase cascade. Kaya, ang MAP kinase cascade ay lumilitaw na isang mahalagang punto ng convergence para sa iba't ibang mga epekto na nag-uudyok sa paglaganap ng cell. Bukod dito, mayroong isang crossover sa pagitan ng protina kinase C at tyrosine kinases. Halimbawa, ang γ isoform ng phospholipase C ay isinaaktibo sa pamamagitan ng pagbubuklod sa activated Ras protein. Ang pag-activate na ito ay ipinadala sa protina kinase C sa proseso ng pagpapasigla ng phospholipid hydrolysis.
Ipinapakita ng Figure 2-15 ang isang mekanismo na kinabibilangan ng 10 yugto.
1. Ang ligand binding ay humahantong sa dimerization ng receptor.
2. Ang activated protein tyrosine kinase (RTK) phosphorylates mismo.
3. Ang GRB 2 (growth factor receptor-bound protein-2), isang SH 2-containing protein, ay kinikilala ang phosphotyrosine residues sa activated receptor.
4. Kasama sa pag-link ng GRB 2 ang SOS (anak ng walang pito) guanine nucleotide exchange protein.
5. Ina-activate ng SOS ang Ras sa pamamagitan ng pagbuo ng GTP sa Ras sa halip na GDP.
6. Ina-activate ng aktibong Ras-GTP complex ang iba pang mga protina sa pamamagitan ng pisikal na pagsasama ng mga ito sa plasma membrane. Ang aktibong Ras-GTP complex ay nakikipag-ugnayan sa N-terminal na bahagi ng serine-threonine kinase Raf-1 (kilala bilang mitogen-activating protein, MAP), ang una sa isang serye ng mga activated protein kinase na nagpapadala ng activation signal sa cell nucleus.
7. Ang Raf-1 ay nagpo-phosphorylate at nag-activate ng isang protina kinase na tinatawag na MEK, na kilala bilang MAP kinase kinase (MAPKK). Ang MEK ay isang multifunctional protein kinase na phosphorylates tyrosine at serine/threonine residue substrates.
8.MEK phosphorylates MAP kinase (MAPK), na na-trigger din ng extracellular signal regulatory kinase (ERK 1, ERK 2). Ang pag-activate ng MAPK ay nangangailangan ng dual phosphorylation sa katabing serine at tyrosine residues.
9. Nagsisilbi ang MAPK bilang isang kritikal na molekula ng effector sa transduction ng signal na umaasa sa Ras dahil nagpo-phosphorylate ito ng maraming cellular proteins kasunod ng mitogenic stimulation.
10. Ang activated MAPK ay isinasalin sa nucleus, kung saan ito ay nagpo-phosphorylate sa transcription factor. Sa pangkalahatan, ina-activate ng activated Ras ang MAP
sa pamamagitan ng pakikipag-ugnayan sa kanya. Ang cascade na ito ay nagreresulta sa phosphorylation at activation ng MAP kinase, na kung saan ay nag-phosphorylates ng transcription factor, mga substrate ng protina, at iba pang mga kinase ng protina na mahalaga para sa cell division at iba pang mga tugon. Ang pag-activate ng Ras ay nakasalalay sa mga protina ng adaptor na nagbubuklod sa mga domain ng phosphotyrosine sa mga receptor na na-activate ng growth factor. Ang mga adaptor na protina na ito ay nagbubuklod at nag-activate ng GNRF (guanine nucleotide exchange protein), na nagpapa-aktibo sa Ras.
kanin. 2-15. Regulasyon ng transkripsyon ng Ras-like monomeric G proteins, na na-trigger ng isang receptor na may sarili nitong tyrosine-protein kinase activity
Regulasyon ng transkripsyon ng cAMP-dependent DNA element interacting protein (CREB)
Ang CREB, isang malawak na distributed transcription factor, ay karaniwang nauugnay sa isang rehiyon ng DNA na tinatawag na CRE (elemento ng tugon ng cAMP). Sa kawalan ng pagpapasigla, ang CREB ay dephosphorylated at walang epekto sa transkripsyon. Maraming signal transduction pathway sa pamamagitan ng activation ng mga kinases (tulad ng PKA, Ca 2+ /calmodulin kinase IV, MAP kinase) ang humahantong sa phosphorylation ng CREB. Nagbubuklod ang Phosphorylated CREB C.B.P.(CREB-binding protein- CREB-binding protein), na mayroong transcription-stimulating domain. Kaayon, pinapagana ng phosphorylation ang PP1
(phosphoprotein phosphatase 1), na nagde-dephosphorylate ng CREB, na nagreresulta sa transcriptional arrest.
Ipinakita na ang activation ng CREB-mediated mechanism ay mahalaga para sa pagpapatupad ng mas mataas na cognitive functions tulad ng learning at memory.
Ipinapakita rin ng Figure 2-15 ang istruktura ng cAMP-dependent PKA, na kung wala ang cAMP ay binubuo ng apat na subunits: dalawang regulatory at dalawang catalytic. Ang pagkakaroon ng mga subunit ng regulasyon ay pinipigilan ang aktibidad ng enzymatic ng complex. Ang pagbubuklod ng cAMP ay nag-uudyok ng mga pagbabago sa conformational sa mga regulatory subunit, na nagreresulta sa paghihiwalay ng mga regulatory subunits mula sa catalytic subunits. Ang Catalytic PKA ay pumapasok sa cell nucleus at pinasimulan ang prosesong inilarawan sa itaas.
kanin. 2-16. Regulasyon ng transkripsyon ng gene ng CREB (cAMP response element binding protein) sa pamamagitan ng pagtaas ng mga antas ng cyclic adenosine monophosphate
