Такими сигналами могут быть физические воздействия температура ионизирующее и другое электромагнитное из
Работа добавлена на сайт samzan.net:
ПЕРЕДАЧА СИГНАЛА И ВТОРИЧНЫЕ МЕССЕНДЖЕРЫ
Жизнь любой клетки, включая глобальные процессы ее роста, деления и даже гибели, зависит от внешних регуляторных сигналов, которые она воспринимает. Такими сигналами могут быть физические воздействия (температура, ионизирующее и другое электромагнитное излучение) или многочисленные химические соединения. Хорошо изученными веществами, которые организм использует для регуляции жизнедеятельности клеток, являются, например стероидные гормоны, цитокины или факторы роста, которые, достигая клеток-мишеней, вызывают в них специфические метаболические изменения, связанные в том числе и с изменением экспрессии больших групп генов. Не менее сильный и часто также специфический ответ вызывают различные физиологически активные вещества экзогенного происхождения, например феромоны или токсины.
Все эти сигналы, передающиеся через соответствующие сигнальные молекулы, являются первичными по отношению к тем каскадам биохимических реакций, которые запускаются в клетках в ответ на их воздействие. Первичные сигналы распознаются клетками благодаря наличию у них специальных молекул-рецепторов белковой природы, взаимодействующих с первичными сигнальными молекулами или воздействиями физической природы. Первичный сигнал, как правило, не действует прямо на те метаболические процессы в клетке, для регуляции которых он предназначен. Вместо этого воспринимающий его рецептор инициирует образование в клетке промежуточных химических соединений, запускающих внутриклеточные процессы, воздействие на которые было целью первичного внеклеточного сигнала. Поскольку такие промежуточные соединения несут в себе информацию о первичном регуляторном сигнале и являются вторичными его переносчиками, они получили название вторичных мессенджеров. Ими могут быть различные ионы, циклические нуклеотиды, продукты деградации липидов и целый ряд других химических соединений биогенного происхождения.
Использование эукариотами системы вторичных мессенджеров переводит их на новый уровень интеграции всех метаболических и катаболических процессов, что необходимо для существования многоклеточных организмов. В частности, вторичные мессенджеры позволяют многократно усиливать первичный регуляторный сигнал от внеклеточных регуляторных молекул, которые благодаря этому осуществляют свое действие, находясь в небольших концентрациях во внеклеточном пространстве. Кроме того, многие группы клеток и тканей приобретают способность к однотипной и одновременной реакции на первичный регуляторный сигнал, например на действие гормона какого-либо органа эндокринной системы. Это обеспечивает возможность быстрой адаптации многоклеточного организма к изменяющимся условиям внутренней и окружающей среды.
Трансмембранный перенос первичных сигналов
Для того чтобы первичный регуляторный сигнал достиг ядра и оказал свое воздействие на экспрессию генов-мишеней, он должен пройти через двухслойную мембрану именно тех клеток, которым он предназначен. Как правило, это достигается благодаря наличию на поверхности клеток рецепторов белковой природы, специфически выбирающих из окружающей среды сигналы, распознать которые они в состоянии (рис. 8.1).
В простейшем случае, когда в качестве низкомолекулярных регуляторов выступают гидрофобные химические соединения, растворимые в липидах мембран (например, стероидные гормоны), для их переноса не используются рецепторы, и они проникают в клетку путем радиальной диффузии. Внутри клеток такие соединения специфически взаимодействуют с белковыми рецепторами, а образующийся комплекс переносится в ядро, где оказывает свое регуляторное воздействие на транскрипцию соответствующих генов (рис. 8.1,а).
В отличие от этого рецепторы мембран, ориентированные во внеклеточное пространство, обладают способностью осуществлять транспорт лиганда-регулятора внутрь клеток посредством эндоцитоза (поглощения путем втягивания мембраны) комплекса лиганд-рецептор в составе мембранных везикул. Такой механизм используется, в частности, для переноса внутрь клеток молекул холестерина, ассоциированных с рецепторами липопротеинов низкой плотности (рис. 8.1,б}.
Другой тип рецепторов, ориентированных на внеклеточные лиганды, - это трансмембранные молекулы или группа молекул. Взаимодействие с лигандом внешней части таких молекул сопровождается индукцией ферментативной активности, ассоциированной с внутриклеточной частью того же самого полипептида (рис. 8.1,в). Примерами подобных рецепторов, обладающих активностью тирозиновых протеинкиназ, являются рецепторы инсулина, эпидермального фактора роста или фактора роста тромбоцитов.
Большая группа внеклеточных сигналов распознается рецепторами, ассоциированными на внутренней поверхности мембраны с GTP-связывающими белками, которые, в свою очередь, в ответ на первичный сигнал начинают синтез вторичных мессенджеров, регулирующих активность внутриклеточных белков (рис. 8.1,е).
В синапсах нейронов и местах контакта нейромышечных тканей лиганды-нейромедиаторы (например ацетилхолин или γ-аминомасляная кислота) взаимодействуют с трансмембранными ионными каналами (рис. 8.1,г). В ответ на это происходит открытие ионных каналов, сопровождаемое перемещением ионов через мембрану и быстрым изменением трансмембранного электрического потенциала.
Другие трансмембранные рецепторы осуществляют связь белков внеклеточного матрикса с микрофиламентами цитоскелета клеток и регуляцию формы клеток, зависящую от внеклеточного матрикса, их подвижности и роста (рис. 8.1,д).
Вторичные мессенджеры
Гипотеза о том, что действие гормонов на метаболизм клеток и экспрессию генов опосредуется внутриклеточными вторичными мессенджерами, впервые появилась после открытия в конце 1950-х годов Е. Сазерлендом циклического аденозин-3',5'-монофосфата (сАМР). К настоящему времени список вторичных мессенджеров значительно расширился.
Внеклеточные сигналы, воспринимаемые рецепторами на поверхности клеток, запускают цепь внутриклеточных биохимических реакций, опосредуемых вторичными мессенджерами, в которые вовлекаются десятки и даже сотни внутриклеточных белков. Для организации адекватного координированного ответа на конкретный внеклеточный сигнал эукариотическая клетка использует две основные стратегии
- изменение активности предсуществующих белков (ферментов, белков цитоскелета, ионных каналов и т.п.) как следствие аллостерических воздействий или в результате ковалентных модификаций (фосфорилирование протеинкиназами или дефосфорилирование) или
- изменение числа молекул конкретных белков и/или их качественного состава.
Пример. Циклический АМР в роли вторичного мессенджера.
В большенстве случаев внеклеточные лиганды после взаимодействия с рецепторами индуцируют образование вторичных мессенджеров через участие GТР-связывающих и GТР-гидролизующих гетеродимерных белков, названных G-белками. Во всех этих системах имеет место следующая последовательность реакций. Внеклеточный лиганд специфически распознается трансмембранным рецептором, который, в свою очередь, активирует соответствующий G-белок, локализованный на цитоплазматической поверхности мембраны. Активированный G-белок изменяет активность эффектора (обычно фермента или белка ионного канала, в рассматриваемом случае - аденилатциклазы), который повышает внутриклеточную концентрацию вторичного мессенджера (в нашем примере - сАМР). Каждый вид рецептора взаимодействует только с определенным представителем семейства G-белков, а каждый G-белок - со специфическим классом эффекторных молекул. Таким образом, в одном конкретном случае гормон или нейромедиатор, реагируя со своим рецептором, вызывает активацию GS-белка, стимулирующего аденилатциклазу. Этот фермент-эффектор превращает внутриклеточный АТР в сАМР - классический вторичный мессенджер.
сАМР активирует множество сАМР-зависимых протеинкиназ (А-киназы), каждая из которых фосфорилирует определенные белки-субстраты, в том числе факторы транскрипции, что сопровождается их активацией и индукцией транскрипции соответствующих генов.
Каким же образом такой простой механизм обеспечивает избирательность регуляторных воздействий сАМР?
Специфичность обеспечивается наличием в клетках определенных типов только им присущих тканеспецифических белков, являющихся субстратами для А-киназ. Например, клетки печени обогащены фосфорилазой-киназой и гликогенсинтазой, активность которых регулируется избирательным фосфорилированием их по сАМР-зависимому механизму, что сопровождается накоплением или освобождением углеводов в гепатоцитах. Адипоциты обогащены липазой, фосфорилирование которой по тому же механизму приводит к освобождению этими клетками свободных жирных кислот. Точно так же в клетках других типов, запрограммированных на определенные тканеспецифические функции, содержатся специфические наборы ферментов, активность которых регулируется через их сАМР-зависимое фосфорилирование.
При понижении концентрации гормонов во внеклеточной среде и уменьшении уровня гормонального воздействия на рецепторы внутриклеточное содержание сАМР быстро уменьшается, так как фосфодиэстераза сразу же превращает сАМР в 5’-АМР. Одновременно происходит дефосфорилирование белков-мишеней А-киназ под действием фосфатаз. Это сопровождается инактивацией соотвествующих факторов траскрипции и подавлением экспрессии регулируемых ими генов.
2. .Економічна сутність державного кредиту його роль у формуванні додаткових фінансових ресурсів держави і по
3. Вишневый сад План
4. Порядок расчета отклонений фактической себестоимости от учетных цен Все первичные учетные докуме
5. Положения приведенные в отмеченных Методических указаниях обязательны для всех предприятий и организац
6. Феномен самооценки в философии и психологии [3
7. Реактивное движение в военной технике
8. РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ЭКОНОМИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ РАБОТЫ ПРЕДПРИЯТИЯ
9. 10 K65 ICD9 567 DisesesDB 9860 eMedi
10. Реферат- Возникновение и развитие городов Англии и Франции
11. Таз. Его соединения.html
12. Особенности человеческой агресии
13. а острый; б хронический Раздражение как способ влияния внешних факторов на организм
14. О контрактной системе в сфере закупок товаров работ услуг для обеспечения государственных и муниципальных
15. Таким образом мы рассмотрим следующие вопросы- Содержание структура и функции политическ
16. Организация и проведение занятий и соревнований по плаванию
17. Россия в первой половине 19 века
18. Штучне дихання Під системою дихання розуміють комплекс структур які беруть участь у газообміні і
19. Проявления гестоза
20. пособие по технике восстановления целостности кожных покровов после нанесения травматических или операцион.html