Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. - Молекулярная биология клетки (djvu) (1129766), страница 281
Текст из файла (страница 281)
1372 Часть!У. Внутренняя организация клетки нальному пути. Мы еще не раз встретимся с этими стратегиями в данной главе при обсуждении конкретных классов рецепторов и активируемых ими сигнальных путей. Большинство сигнальных путей к ядру проще, чем представленный здесь, который не основан ни на одном известном пути. 15.1.12. Многие внутриклеточные сигнальные белки выполняют роль молекулярных переключателей, активируемых фосфорилированием или связыванием бТР Многие внутриклеточные сигнальные белки играют роль молекулярных переключателей.
Получив сигнал, они переходят из неактивной конформации в активную до тех пор, пока другой процесс снова не «выключит» их, возвратив в неактивную конформацию. Как мы упоминали ранее, инактивация не менее важна, чем активация. Чтобы сигнальный путь восстановился после передачи сигнала и был способен обработать следукнций, все активированные молекулы пути должны вернуться в свое исходное, неактивное состояние. Два важных класса молекулярных переключателей, участвующих во внутриклеточных сигнальных путях, зависят от приобретения или потери фосфатных групп при активации или инактивации, хотя способы присоединения или отщепления фосфата для этих двух классов различаются.
Больший класс состоит из белков, активируемых или инактивируемых путем фосфорилирования (см. главу 3). Переключение этих белков осуществляют протеинкиназа, которая ковалентно присоединяет одну или несколько фосфатных групп к сигнальному белку, и протеинфосфатаза, которая удаляет фосфатные группы (рис. 15.18, а). Активность любого белка, регулируемая фосфорилированием, зависит от равновесия между активностями фосфорилирующих его киназ и дефосфорилирующих фосфатаз. Около ЗОЪ белков человека несут ковалентно связанный фосфат, и человеческий геном кодирует примерно 520 протеинкиназ и 150 протеинфосфатаз.
Считают, что в клетке млекопитающих одновременно работают сотни различных типов протеинкиназ. Многие сигнальные белки, регулируемые фосфорилированием, сами по себе являются протеинкиназами. Часто они образуют каскады фосфорилирования. В таком каскаде одна протеинкиназа, активированная фосфорилированием, фосфорилирует следующую киназу в последовательности и так далее. В результате происходит передача сигнала, а иногда и его усиление и распространение в другие пути.
В качестве внутриклеточных сигнальных белков выступают два основных типа протеинкиназ. Большинство — это серии-треоииновые киназы, фосфорилирующие белки по серинам и (значительно реже) треонинам. Второй тип — это тирозинкииазы, фосфорилирующие белки по тирозинам. Некоторые киназы способны действовать по обоим механизмам. Второй важный класс молекулярных переключателей, механизм действия которых основан на присоединении и отщеплении фосфатных групп, образован ОТР-евязывающими белками (см.
главу 3). Эти белки переключаются из активного состояния со связанным ОТР в неактивное со связанным ОРР. В активном состоянии они обладают ОТРазной активностью и инактивируют себя, гидролизуя связанный ОТР до О1)Р (рис. 15.18, б). Существует два основных типа ОТР-связывающих белков. Крупные тримерные ОТР-связывающие белки (также называемые О-белками) передах>т сигнал от активирующих их сопряженных с О-белками рецепторов (см. рис. 15.1б, 6).
Неболыпие мономериые ОТРазы (также называемые мономерными Рис. 1$.19. Регуляция монамерной 6ТРазы. 6траза-активирующие белки (6АР) инактивируют белок, вызывая гидролиз связанного 6ТР до 60Р который остается сввзанным с неактивной 6ТРззой. Факторы обмена гуаниновых оснований (6ЕГ) активируют неактивный белок, вызывая высвобождение 60Р; поскольку концентрация 6ТР в цитозоле в 10 рзз больше концентрации 60Р, белок быстро связывает 6ТР и активируется.
логическому элементу И в микропроцессоре компьютера, т.е. они активируют ся, только если получают многочисленные сходящиеся сигналы (см. рис. 15.17). На рис. 15.20 показан простой гипотетический пример такого белка. Однако не все молекулярные переключатели в сигнальных путях зависят от фос форилирования или связывания СгТР. Позже мы увидим, что некоторые сигнальньге белки переключаются за счет связывания других сигнальных белков или малых вну триклеточных медиаторов, например циклического АМР или Саз', или посредством ковалентных модификаций, отличных от фосфорилирования и дефосфорилирования, например убиквитинирования. Более того, не все внутриклеточные сигнальные белки функционируют как переключатели при г(юсфорилировании или других обратимых модификациях.
Как мы обсудим позднее, во многих случаях ковалентно присоеди ненная группа просто помечает белок, для того чтобы впоследствии он мог взаимо действовать с другими узнающими модификацию сигнальными белками. 15.1 13. Внутриклеточные сигнальные комплексы увеличивают скорость, эффективность и специфичность ответа Даже единственный тип внеклеточного сигнала, действующий через один тип поверхностных рецепторов, часто активирует несколько параллельных сигнальных путей и, таким образом, влияет на различные аспекты клеточного поведения, например форму, движение, метаболизм и экспрессию генов. Система «сигнал-от- 1$.1.
6бц(ИЕ ПРИНЦИПЫ КГ)ЕтОЧйОЙ КОЙМУМИКтаЦИН 1375; Рис. 15.20.0бъедииеииесигиалов.Виеклеточиые сигналы А и В активируют разные виугриклеточные сигнальные пути, каждый из которых приводит к фосфорилированию белка у, ио по разным сайтам. Белок у активируетсл, только если оба сайта фосфорилироваиы, поэтому он стаиовитсл акти виым, только когда сиги злыы А и В действуют одновременно.
Такие белки часто называют детекторами совпадеиий. ппаэматическал мембрана вет» очень сложна, в нее часто входит несколько взаимодействующих цепей передачи сигнальных белков. Как же тогда клетка способна специфически отвечать на такие разные сочетания внеклеточпых сигналов? Получение ответа на этот вопрос усложняется тем, что многие сипгальные молекулы очень похожи и связываются со сходными типами рецепторов.
Один и тот же тип внутриклеточных сипгальных белков может сопрягать один подтип рецеп торов с одним набором зффекторов, одновременно сопрягая второй подтип рецеп торов с другими эффекторами. В таком случае почему ответ специфичен и почему не возникает перекрестных помех? Одна стратегия -- использование каркасных белков (см.
Рис. 15.17), которые, часто еще до того, как сигнал достигает клетки, связывают группы вэаимодействуюпвгх сигнальных белков в сигнальные комплексы (рис. 15.21, а). Поскольку каркас удерживает сигнальные белки близко друг к другу, компоненты могут взаимодействовать с высокой локальной концентрацией, что увеличивает скорость, эффективность и селектнвность активации в ответ на со ответствующий внеклеточный сигнал без нежелательного пересечения с' другими сигнальными путями. В других случаях сигнальные комплексы образуются лишь временно в ответ на вне клеточный сигнал и быстро разбираются после исчезновения стимула. Такие временные комплексы часто собираются вокруг рецептора после его активации внеклеточной сиг нальной молекулой. Такжечасто цитоплаэматическая часть активированного репептора в процессе активации фосфорилируегся, и фосфорилированные аминокислоты служат сайтами связывания для других сигнальных белков (рис.
15. 21, б). Еще одна стратегия состоит в том, что активация рецептора приводит к обра.юванию в прилежащей плаз магической мембране модифицированных молекул фосфолипидов (носящих название фосфоинозитидов), которые затем рекрутируют специфические внутриклеточные сигнальные белки в данную область мембраны для активации (рис. 15.21, в). Роль фосфоинозитидов в мембранном транспорте обсуждается в главе 13. 15.1Л4. Модульные домены опосредуют взаимодействия между внутриклеточньгми сигнальньгми белками Сближения внутриклеточных сигнальных белков на короткое рассзояние иногда достаточно для их активации. Таким образом, индуцированное сближение, то есть Ч(зстз,М Вихре))з)йзт(з)зтанивбций'гбтйткзу .;йРНЖЧЪ)ТаЪНааабйУМЙ(з(й СИГИМЬНЫЙ неактивный сигнальная рецептор молекула активированный рецептор ЦИТОЗОЛ ппазматическая мембрана каркасный белок .
неактивные внугрикпеточные сигнальные белки активированные енутрикпеточные сигнальные белки неактивный неакт внугр сигнал белки Рис. 1$.21. Три типа енугриклеточнык сигнальных комплексов. а) Рецептор и некоторые последовательно активнруемые им внутриклеточные сигнальные белки предварительно собираются в сигнальный комплекс на неактивном рецепторе посредством крупного каркасного белка. В других случаях предварительно собранный комплекс связывается с рецептором только после его активации (не показано). 6) Сигнальный комплекс собирается на рецепторе только после связывания внеклеточной сигнальной молекулы и активации; здесь активнроеанный рецептор фосфорнлнрует сам себя по нескольким сайтэм, которые затем служат сайтами докинга для внутриклеточных сигнальных белков. в) Активация рецептора приводит к увеличению фосфорилирования в прилегающей плазматической мембране определенных фосфолипидов (фосфоинозитидов), которые затем служат сайтами докинга для взаимодействующих друг с другом специфических сигнальных белков.
1$.т. Обйбхп прингццйпы кппьпчнМкпа(мунмкяк(йи: М77 специфические сигнальная фосфопипидные молекула ные енугриклсгочные сигнальные белки сигнальные белки Рис. 15.21. Окончание. инициация сигналом сборки сигнального комплекса, часто используется для передачи сигнала от одного белка другому. Сборка такого комплекса зависит от различ ных небольших высококонсервативных доменов взаимодействия, присутствук>щих во многих внутриклеточных сигнальных белках.
Каждый из этих компактных белковых модулей связывает определенный структурный мотив другой белковой (или липидной) молекулы. Распознаваемый мотив во взаимодействующем белке может представлять собой короткую пептидную последовательность, ковалентную модификацию (например, фогфорилированные или убиквитинированные амино кислоты) или другой белковый домен. По видимому, использование модульных доменов взаимодействия ускорило эволюцию новых сигнальных путеи; поскольку они могут быть встроены практически в любой участок белка без нарушения его сворачивания или функции, новые домены в составе уже существующего сигнального белка могли связать белок с другими сигнальными путями.
Существует множество типов доменов взаимодействия сигнальных белков. Например, домены Ясг гомологии 2 (~гс Нолю!ойу 2, 5Н2) и долгены связывания фосфотироэина (Рпоьрпо(угла!пе В!пс!!пй, РТВ) связывают фосфорилированные тирозины в определенной пептидной последовательности активированных рецепто. ров или внутрнклеточных сигнальных белков. Домены 5сг гомологии 3 (5гс Ново! ойу 3, 5НЗ) связывают короткие, обогащенные пролином аминокислотные последовательности. Некоторые домены гомологии к плекпирину (Р!ес!гз(г!и Ногпо!опу, РН) связывают заряженные головные группы фггсфоинозитидов, синтезируемых в плазматической мембране в ответ на внеклеточный сигнал; зти домены позволяют белку пристыковываться к мембране и взаимодействовать с другими рекрутированными туда сигнальными белками (см.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
