Типы механизмов действия гормонов. Каскадный механизм усиления и подавления сигнала в аденилатциклазной системе.
Пути действия гормонов рассматриваются в виде двух альтернативных возможностей:
1) действия гормона с поверхности клеточной мембраны после связывания со специфическим мембранным рецептором и запуска тем самым цепочки биохимических превращений в мембране и цитоплазме (эффекты пептидных гормонов и катехоламинов);
2) действия гормона путем проникновения через мембрану и связывания с рецептором цитоплазмы, после чего гормон-рецепторный комплекс проникает в ядро и органоиды клетки, где и реализует свой регуляторный эффект (стероидные Гормоны, гормоны щитовидной железы).
Считается, что функция распознавания предназначенного определенным клеткам специфического гормонального сигнала у всех клеток для всех гормонов осуществляется мембранным рецептором, а после связывания гормона с соответствующим ему рецептором, дальнейшая роль гормон- рецепторного комплекса для пептидных и стероидных гормонов различна.
У пептидных, белковых гормонов и катехоламинов гормон-рецепторный комплекс приводит к активации мембранных ферментов и образованию различных вторичных посредников гормонального регуляторного эффекта, реализующих свое действие в цитоплазме, органоидах и ядре клетки.
Известны четыре системы вторичных посредников:
1) аденилатциклаза — циклический аденозинмонофосфат (цАМФ);
2) гуанилатциклаза — циклический гуанозинмонофосфат (цГМФ);
|
|
|
3) фосфолипаза С — инозитолтрифосфат (ИФз);
4) ионизированный кальций
У стероидных гормонов передача сигнала на внутриклеточные рецепторы.
Рецепторы гормонов могут находиться в цитозоле или в ядре. Цитозольные рецепторы связаны с белком-шапероном, который предотвращает преждевременную активацию рецептора. Ядерные и цитозольные рецепторы стероидных и тиреоидных гормонов содержат ДНК-связывающий домен, который обеспечивает в ядре взаимодействие комплекса гормон-рецептор с регуляторными сайтами ДНК.
Последовательность событий, приводящих к экспрессии специфических белков:
· гормон проходит через двойной липидный слой клеточной мембраны и взаимодействует с рецептором.
· комплекс гормон-рецептор проходит в ядро, взаимодействует с регуляторной нуклеотидной последовательностью в ДНК - энхансером или сайленсером.
· увеличивается (при взаимодействии с энхансером) или уменьшается (при взаимодействии с сайленсером) доступность промотора для РНК-полимеразы.
· соответственно увеличивается или уменьшается скорость транскрипции структурных генов.
· зрелые мРНК выходят из ядра
· увеличивается или уменьшается скорость трансляции.
· изменяется количество белков, которые могут влиять на метаболизм и функциональное состояние клетки.
|
|
|
Эффекты гормонов, которые передают сигнал через внутриклеточные рецепторы, нельзя наблюдать сразу, так как на протекание матричных процессов (транскрипцию и трансляцию) требуется время.
Однако, эффекты стероидных гормонов проявляются не только через несколько часов, которые требуются для такого ядерного влияния, часть из них возникает очень быстро, в течение нескольких минут. Это такие эффекты, как повышение проницаемости мембран, усиление транспорта глюкозы и аминокислот, освобождение лизосо-мальных ферментов, сдвиги энергетики митохондрий. Кроме того, под влиянием стероидных гормонов в клетке увеличивается содержание цАМФ и ионизированного кальция. Таким образом, вполне обоснован взгляд, согласно которому мембранный рецептор стероидных гормонов выполняет не только функцию «узнавания» молекулы гормона и передачи ее цитоплазматическому рецептору, но и, подобно рецепторам пептидных гормонов, активирует систему вторичных посредников в клетке. Следовательно, механизмы действия гормонов разной химической структуры имеют не только различия, но и общие черты. Пептидные гормоны обладают также способностью избирательно влиять на транскрипцию генов в ядре клетки. Этот эффект пептидных гормонов может быть реализован не только с поверхности клетки за счет вторичных посредников, но и путем поступления пептидных гормонов внутрь клетки за счет интпернализации гормон-рецепторного комплекса.
|
|
|
Интернализация гормон-рецепторных комплексов происходит за счет эндоцитоза, т.е. активного поглощения с помощью впячивания мембраны, с образованием в цитоплазме пузырька с гормон — рецепторными комплексами, который подвергается затем лизосомному разрушению. Тем не менее, в клетках удалось обнаружить и свободные неразрушенные комплексы, способные оказывать и внутриклеточные эффекты.
Феномен интернализации гормон-рецепторных комплексов и уменьшения тем самым количества рецепторов к гормону на мембране клетки позволяет понять механизм падения чувствительности эффектора при избыточном количестве гормональных молекул или феномен десенситизации эффектора. Это явление, по сути, является отрицательной обратной регуляторной связью на уровне эффектора. Противоположное явление — сенситизация или повышение чувствительности к гормонам, также являющееся обратной регуляторной связью, может быть обусловлено увеличением числа свободных рецепторных мест на мембране, как за счет падения интернализации, так и в результате «всплывания» активных связывающих участков рецепторов, поскольку в мембране клетки рецепторы свободно перемещаются. Таким образом, гормоны передают клетке информационные сигналы, а сама клетка способна регулировать степень восприятия гормональной регуляции.
|
|
|
ЦиклоАМФ является наиболее популярным мессенджером
Циклический АМФ (циклоАМФ, цАМФ) образуется в клетке, когда действуют гормоны гипофиза (ТТГ, ЛГ, МСГ, ФСГ. АКТГ), кальцитонин, соматостатин, глюкагон, паратгормон, адреналин (через α2- и β-адренорецепторы), вазопрессин (через V2-рецепторы).
Механизм наработки цАМФ связан с активацией фермента аденилатциклазыи называется аденилатциклазный механизм:.
Схема аденилатциклазного механизма действия гормонов
Этапы передачи сигнала выглядят следующим образом:
1. Взаимодействие лиганда (гормона)с рецептором приводит к изменению конформации последнего. Это изменение передается на G-белок (GTP, ГТФ-зависимый), который состоит из трех субъединиц (α, β и γ), α-субъединица связана с ГДФ.
В составе G-белков α-субъединицы бывают двух типов по отношению к аденилатциклазе: активирующие αS и ингибирующие αI. С активирующей субъединицей αS взаимодействуют β-адренорецепторы, с ингибирующей – α2-адренорецепторы.
2. В результате взаимодействия с рецепторомβ- и γ-субъединицы отщепляются, одновременно на α-субъединице ГДФ заменяется на ГТФ.
3. Активированная таким образом αS-субъединица стимулирует аденилатциклазу, которая начинает синтез цАМФ. Если в действо была вовлечена αI-субъединица, то она ингибирует аденилатциклазу, все останавливается.
4.Циклический АМФ (цАМФ) – вторичный мессенджер – в свою очередь связывается с регуляторными субъединицами протеинкиназы А (R) и вызывает их диссоциацию от каталитических. В результате каталитические субъединицы (C) становятся активными..
Протеинкиназа А (ПК А) фосфорилирует ряд ферментов, среди которых киназа фосфорилазы гликогена, гликогенсинтаза,ТАГ-липаза,транскрипционный факторCREB.
5. Наработка цАМФ продолжается некоторое время, пока α-субъединица, которая является ГТФ-азой, отщепляет фосфат от ГТФ.
6. Как только ГТФ превратился в ГДФ, то α-субъединица инактивируется, теряет свое влияние на аденилатциклазу, обратно соединяется с β- и γ-субъединицами.
7. Все возвращается в исходное положение.
Гормон отрывается от рецептора еще раньше:
если концентрация гормона в крови велика, то следующая его молекула присоединится к рецептору через малый промежуток времени и повторный запуск АЦ-механизма произойдет быстро – в клетке активируются соответствующие процессы.
если гормонав крови мало – для клетки наступает некоторая пауза, изменения метаболизма нет.
46. Типы механизма действия гормонов. Каскадный механизм усиления сигнала в инозитолфосфатной системе. Роль 
.
Инозитолфосфатная система включает 3 мембранных белка:
R- рецептор активатора инозитолфосфатной системы – интегральный белок
Фосфолипаза С - поверхностный белок
Gplc – ГТФ-связывающий белок активирует фосфолипазу С – заякоренный белок
Работу системы обеспечивают белок кальмодулин, фермент протеинкиназа С, регулируемые Са2+ -каналы мембраны ЭПР, Са2+ -АТФаза клеточной и митохондриальной мембран
Последовательность событий, приводящих к активации фосфолипазы С:
связывание сигнальной молекулы, например гормона с рецептором (R), вызывает изменение конформации и увеличение сродства к Gр1с-белку.
образование комплекса гормон-рецептор Gрlс-ГДФ приводит к снижению сродства αрlс-протомера Gрlс-белка к ГДФ и увеличению сродства к ГТФ. В активном центре αрlс-субъединицы ГДФ заменяется на ГТФ.
это вызывает изменение конформации αрlс-субъединицы и она отделяется от βγ-
субъединицы
отделившаяся α- ГТФ субъединица латерально перемещается по мембране к центру связывания фермента фосфолипазы С.
взаимодействие α- ГТФ субъединицы с фосфолиггазой С изменят конформацию и активность фермента, увеличивается скорость гидролиза фосфолипида клеточной мембраны фосфатидилинозитол-4,5-бисфосфата (ФИФ2).
в ходе гидролиза образуется и выходит в цитозоль гидрофильное вещество инозитол-1,4,5-трифосфат (ИФ3). Другой продукт реакции диацилглицерол (ДАГ) остаётся в мембране и участвует в активации фермента протеинкиназы С (ПКС).
инозитол-1,4,5-трифосфат (ИФ3) связывается специфическими центрами Са2+-канала мембраны ЭПР, это приводит к изменению конформации белка и открытию Са2+-канала. Са2+ по градиенту концентрации поступает в цитозоль. В отсутствие в цитозоле ИФ3 канал закрыт.
Активация протеинкиназы С
Повышение концентрации Са2+ в цитозоле клетки увеличивает скорость взаимодействия Са2+ с неактивным цитозольным ферментом протеинкиназой С (ПКС) и белком кальмодулином.
Связывание протеинкиназы С с ионами кальция позволяет ферменту вступать в кальций-опосредованное взаимодействие с молекулами "кислого" фосфолипида мембраны, фосфатидилсерина (ФС). Диацилглицерол, занимая специфические центры в протеинкиназе С, ещё более увеличивает её сродство к ионам кальция.
На внутренней стороне мембраны образуется ферментативный комплекс – (ПКС ▪ Са2+ ▪ ДАГ ▪ ФС) - активная протеинкиназа С, фосфорилирующая специфические ферменты по серину и треонину.
Участие белка кальмодулина в инозитолфосфатной передаче сигнала
В клетках многих тканей присутствует белок кальмодулин, который функционирует как внутриклеточный рецептор Са2+, он имеет 4 центра для связывания Са2+. При повышении концентрации кальция он присоединяется к кальмодулину, образуя комплекс (4Са2+-кальмодулин) и этот комплекс взаимодействует с различными белками и ферментами приводит к их активации, повышая скорость фосфорилирования по серину и треонину.
Как и большинство систем трансмембранной передачи сигналов, инозитолфосфатная система имеет не только механизм усиления, но и механизм подавления сигнала. Присутствующие в цитозоле инозитол-1,4,5-трифосфат (ИФ3) и диацилглицерол (ДАТ) в мембране могут в результате серии реакций опять превращаться в фосфатидилинозитол-4,5-бисфосфат (ФИФ2). Ферменты, катализирующие восстановление фосфолипида, активируются фосфорилированием протеинкиназой С.
Концентрация Са2+ в клетке снижается до исходного уровня при действии Са2+-АТФ-аз цитоплазматической мембраны и ЭР, а также Na+/Ca2+-и Н+/Са2+-транслоказ (активный антипорт) клеточной и митохондриальной мембран.
Функционирование транслоказ Са2+ и Са2+-АТФ-аз может активироваться:
комплексом (4Са2+-кальмодулин);
протеинкиназой А (фосфорилированием);
протеинкиназой С (фосфорилированием). Понижение концентрации Са2+ в клетке и диацилглицерола в мембране приводит к изменению конформации протеинкиназы С, снижению её сродства к фосфатидилсерину, фермент диссоциирует в цитозоль (неактивная форма). Фосфорилированные протеинкиназой С ферменты и белки под действием фосфопротеинфосфатазы переходят в дефосфорилированную форму.
По этому механизму, который получил название кальций-фосфолипидный механизм, действуют вазопрессин(через V1-рецепторы), адреналин(через α1-адренорецепторы), ангиотензин II.
Гидролиз ФИФ2 продолжается некоторое время, пока αP-субъединица, которая является ГТФ-азой, отщепляет фосфат от ГТФ.
Дата добавления: 2018-08-06; просмотров: 2616; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!