Osnovy_biokhimii_Nelson_i_Kokh_tom_1 (1123313), страница 193
Текст из файла (страница 193)
Животные клетки обмениваются информацией о концентрации ионов и глюкозы во внеклеточных жидкостях, прн этом в разных тканях протекают взаимозависимые метаболические процессы, а в зародьппе организуется правильное расположение клеток в процессе развития. Во всех этих случаях сигнал представляет собой ин4орчаЧию, которая распознается и принимается специфическими рецепторами и преобразовывается в клеточный ответ, всегда включающий в себя химический процесс.
Это превращение информации в химические реакции называется передачей (трансдукцней) сигнала и является универсальным свойством живых клеток. 12.1. Общие свойства систем передачи сигналов Передача сигналов происходит в высшей степени специфично и с высокой чувствительностью.
Специфичность достигается точной молекулярной комплементарностью между молекулами г Интеграция Когда лва сигнальных веще- ства оказывают противопо- ложные зффехты иа пара- метр метаболизма, например нвконцентрацию вторичиогомессенд- жера Х или нв мембранный потенциал Усь конечный регулятор- ный результат получается из интегри- рованного действия на входах обоих рецепторов. Сигнал 1 Снпщл 2 'псвжгй рык "тор~ 1)Х1 илн1тг ~4Х1 илиаду ! ! ( Фермент Общий Ь1Х! или У Рис. 12-1. Четыре отличительных свойства систем передачи сигнала. [592! Часть 1. 12. Биосигнализацня а ю Ю Специфичность ~/ Сигнальная молекула соответствует связывающему санту па комплементврном ей рецепторе; Б другие сипщльные вещества не подходят.
Эффект б Усиление Сипцщ Когда ферменты активируют ферменты, число подвергаю- щихся действию молекул в ферментвтивном каска- де возрастает в геометрической .д сигнального вещества и рецептора (рис. 12-1, а), опосредуемой теми жс типами слабых (нековалентных) сил, которые опосрелуют фсрментсубстратные взаимодействия и взаимодействие антиген — антитело. Мнопжлеточные организмы имеют дополнительный уровень специфичности, так как рецепторы для дашюго сигнала или внутриклеточные мишени лля данного сигнального пути присутствуют только в определенных типах клеток. Например, гормон, высвобождающий тиреотропин, запускает ответы в клетках передней доли гипофиза, но не в гепатоцитах (клетках печени), которые не имеют рецепторов для этого гормона.
Адреналин изменяет метаболизм гликогена в гепатоцитах, но не в эритроцитах; хотя оба типа клеток имеют рецепторы для этого гормона, но клетки печени содержат гликоген и метаболизирующий его фермент, который стимулируется адреналином, в эритроцитах их нет. Чрезвычайно высокую чувствительность передатчиков (трансдукторов) сигнала обеспечиваюттри фактора:высокоесродство рецепторов к сигнальным молекулам, кооперативность (часто, но не всегда) лиганд-рецепторного взаимодействия и усиление сигнала ферментативными каскадами. Сродство между сигнальным в Сигнал Десенситизвция/адаптация Активация рецептора вводит в дсй-:,4,,! отвис контур обратной связи, который отсоединяет рецептор '.~. -РсунчСГО$~~,.:~ или улвляет его с клеточной поверхности, Ответ веществом (лигандом) и рецептором можно выразить с помощью константы диссоциации Кщ обычно я 10 'в М, т.
е. рецептор обнаруживает пикомолярные концентрации сигнального вещества. Лиганд-рецепторные взаимодействия оцениваются количественно анализом по Скэтчарду — определяют сродство (Кс) и число лиганд-связывающих центров н рецепторе (доп. 12-1). Кооперативность лиганд-рсцепторного взаимодействия приводит к сильной активации рецептора при малых изменениях концентрации лиганда (вспомним эффект кооперативности при связывании кислорода гемоглобипом; рис. 5-12). Усиление фермеитвтивными каскадами (амнлификация) происходит, когда фермент, связанный с сигнальным рецептором, активируется и в свою очередь катализирует активацию многих молекул второго фермента, каждая из которых активирует много молекул третьего фермента и т. л.
(рис. 12-1, б). Такие каскады могут в течение миллисекунд обеспечивать усиление величины на несколько порядков. Ответ на поступивший сигнал должен в какой-то момент прекрангаться, чтобы вызванные реакции соответствовали силе исходного сигнала. 12.1 Общие свойства передачи сигналов [593] Действие гормона в клетке начинается, когда гормон (лнганд, (.) специфически и прочно связывается со своим белковым рецептором (К) внутри или на поверхности клетки-ми~пени.
Связывание опосредустся нековалснтными взаимодействиями (образование водородных связей, гидрофобное и электростатическое взаимодействие) между комплементарными поверхностями лиганда и рецептора. Взаимодействие рецептор — лиганд приводит к изменению конформации, влияющему на биологическую активность рецептора, который может быть ферментом, регулятором фермента, ионным каналом или регулятором экспрессии гена. Связывание лиганда и рецептора описывается уравнением К + Е = К рецептор лн|анл кфпплекс ли~пил-рецситар ! !олобно связыванию фермента и суГктрата, такое свяэыванис занисит от концентраций взаимодействукнцнх компонентов и может быть охарактеризовано константой равпонссия: л,, К + Е = КЕ рецептор литанл Л комилпсс лисона-репмпор [КЦ 6+ ! К.= — — = =1УК, [КИЦ где Ка — константа ассоциации, Ка — константа диссоцнапии.
Как и связывание фермента с субстратом, связывание лиганд — рецептор является насыщаемым. По мере того как все большее количество лигапда добавляется к фиксированному количеству рецептора, число молекул рецептора, захватываемых лиганлом, увелнчиваетсн (рис. 1, а). Для грубой оценки л иганд-рецептор ного сродства служит концентрация лиганда, необходимая для полунасыпзения рецептора. Используя анализ снязывания лиганда и рецептора по Скзтчарду, чы можем оценить и константу диссоциацин Кл, и число связывающих центров в данном препарате. Когда связывание достигает равновесия, общее число возможных связывающих центров В,„равно сумме числа незанятых центров ([К]) и числа занятых лиганлом центров ([КЦ); т.
е. В,„=[К] + [КЦ. Число незанятых центров можно выразить как общее число всех центров минус за- о и Я ф и и и сэ лт Весьдобавлснный гормттн, [Ц + [КЦ и-ф о о х х ть $. о о и и ,о,п ф ф и ф ф о тт ф о и ф сэ сз Связанный гормон, [ КЦ Рис. 1.
Анализ взаимодействия лиганда с рецептором по Скэтчарду. Радиоактивно меченный лиганд Г„например гормон, в разных концентрациях добавляют к фиксированному количеству рецептора К и определяют фракцию гормона после отделения комплекса гормон-рецептор В!. от свободного гормона. а) График [В!.] от [Ц + [В1] (от суммы свободного и связанного гормона, т. е. весь добавленный гормон) представляет собой гиперболу, восходящую к [ВЦ при насыщении рецептора. Чтобы контролировать ненасыщаемые неспецифические участки связывания (например, горионы-эйкоэаноиды неспецифически связываются с липидным бислоем), необходима отдельная серия экспериментов по связыванию.
Виесге с разбавленным раствором меченого лиганда добавляют большой избыток немеченною гормона. Немеченные молекулы конкурируют с мечеными при специфическом связывании с насыщаемым сайгон на рецепторе, но не при неспецифическая связывании. Чтобы найти величину специфического связывания, надо вычесть неспецифическое связывание иэ общего. 6) Линейный график в координатах [ВЦ/[Ц от [В1] позволяет получить Кп и В для комплекса рецептор-гормон. Сравните эти графики с графикаии Уо от [Я] и 1/ро от 1Г'[Б] для ферментсубстратного комплекса (рис.
6-12, доп. 6-1) . [Связанный] [КЦ [Свободный] [Ц 1 = — (В . — [КЦ) Ка Антигены Вкусовые добавки (тастанты) Гликопротеины клеточной поверхности/ олигосахариды Гормоны Компоненты внеклеточиого матрикса Механический контакт Нейромедиаторы Пахучие вещества (одоранты) Питательные вещества (нутриенты) Свет Сигналы, относящиеся к развитию Факторы роста Феромоны [594[ Часть]. 12. Биосигнаяизация пятые центры: [К] = В„,„„— [КЦ.
Для реакции ассоциации можно теперь записать ! К1.1 [Ц(В„,„„-[ 1) Сделав преобразования, получаем отношение связан- ного лиганла к свободному (несвязанному): Чувствительность рецепторных систем может изменяться. Когда сигнальное вещество действует продолжительно (непрерывно), происходит десенснтизация (потеря чувствительности) рецепторной системы (рис. 12-1, в); когда стимул ослабевает ниже порогового значения — система снова обретает чувствительность. Представьте себе, что случается с системой передачи зрительных сигналов, когда вы входите с яркого солнечного света в темную комнату или выходите из темноты на свет. Последней отличительной чертой систем передачи сигналов является интеграция (рис.
12-1, г), т. е. способность системы получать множественныс сигналы и давать единый ответ, в соответствии с нуждами клетки или организма. Различныс сигнальные пути «переговариваются» друг с другом на разных уровнях, генерируя множество взаимодействий, которые поддерживают гомеостаз в клетке и организме. При изучении механизмов передачи сигналов выявлена удивительная особенность — их высокая степень консерватизма в процессе эволюции. Хотя общее число различных биологических сигналов (см. табл.
12-1), по-видимому, составляет несколько тысяч и число возможных типов ответов столь же велико, система передачи всех этих сигналов состоит из десятка основных белковых колшонентов. В данной главе мы рассмотрим несколько примеров основных механизмов передачи сигнала, и обсудим, каким образом они используются для выполнения В каорлниатах [связанный лигаилИсвободный лпганд[ — [свободный лишил] получим прямую с углом наклона — К,( — 1/Кз), которая отсекает на оси абсцисс отрезок, равный В (общее число связывающих сайтов) (рис. 1, 6).
Когда лигаилы представляют собой гормоны, значения К„находятся в интервале от 1О " до 10 " М, что соетветствуст очень проч ному связыванию. Лиализ цо Скэтчарду надежен для самых простых случаев, по, как и в случае графиков Лайиуивера— Бэрка лля ферментов, если рецептор представлен аллостерическим белком, наблюдаются отклонении от линейного вида. специфических биологических функций, таких как передача нервного импульса, ответ на сигналы гормонов и ростовых факторов, зрительное, обонятельное и вкусовое восприятие, а также контроль клеточного цикла.
Часто конечным этапом сигнального пути является фосфорилирование нескольких специфических белков в клетках-мишенях, что приводит к изменению активности этих белков и, как следствие, к изменению активности клеток. По ходу обсуждения мы постоянно будем обращать внимание на консервативность фундаментальных механизмов передачи биосигналов и па способы адаптации этих основных механизмов к широкому кругу сигнальных путей. В этой главе мы рассмотрим молекулярные детали нескольких типичных систем передачи сигналов. Триггеры для разных систем разные, Рецептор, связанный с С-белком Внешний лигаид, салящийся иа рецептор (к), активирует виутриклеточный СТР-связывающий белок (С), который регулирует фермент (Е), генерирующий ввутриклеточный вторичный мессеиджср (Х) Рецептор тирозиикииазы Связывание ли ганза активи руст тирозинкиназу, вызы- вая автофосфорилирование.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
