Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. - Молекулярная биология клетки (djvu) (1129766), страница 282
Текст из файла (страница 282)
рис, 15.21, в). Некоторые сигнальные белки состоят исключительно из двух нли нескольких доменов взаимодействия и выполняют роль адаптеров, позволяющих двум другим белкам снгнальноп> пути взаимодействовать друг с другом. '2378: Чйачтсв (тГ. 8Нутрвгийяяюруайййацутяг К)(йтКИ,- Домены взаимодействия позволяктт сигнальным белкам связываться друг с другом в многочисленных специфичных комбинациях. Как кирпичики «Лего», белки мокнут образовывать линейные или ветвящнеся цепи или трехмерные сети, определякицие последовательность передачи сигнала в сигнальном пути. В качестве примера на рис. 15.22 показано, как действуют некоторые домены взаимодействия в случае рецептора гормона инсулина. Некоторые поверхностные рецепторы и внутриклеточные сигнальные белки способны образовывать временные кластеры в определенных микродоменах липид.
ного бислоя плазматической мембраны, обогагценных холестерином и гликолипидами (см. рис. 10.13). Такие липидные рафты могут способствовать эффективной сит нализации, создавая сайты сборки и взаимодействия сигнальных молекул. Однако их значение для сигнализации остается недоказанным. Веце одним способом сближения рецепторов и внутриклеточных сигнальных белков является их концентрация в определенном участке клетки. Важным при фосфоинозитидные свйты докингв внекпеточная сигнальная молекула вэмвтическая ембрана озоль активированн рецептор каркасныи белок %81 (белок дакинга) Рис. 15.22. Слецифический сигнальный номпленс, образованный при помощи модульных доменов взаимодействия. Данный пример основан на сопряженном с ферментом рецепторе инсулина (связанный с тирозинкиназой рецептор, см. ниже), Сначала активироввнный рецептор автофосфорилируется по тироэинам, и затем один из фосфотирозинав рекрутирует белок докинга, носящий название субстрата рецептора инсулина-1 (!П51), посредством домена РТВ на ЕЯ51, Домен РН нэ ЕЯ51 также связывает специфические фосфоинозитиды нэ внутренней поверхности плаэматической мембраны.
Затем активи раввины й рецептор фосфорилирует ЕЯ51 по тирозинам, и адин из этих фосфотирозинов рекрутирует адаптерный белок (6гЬ2) посредством домена 5Н 2 на 6гЬ2. ВгЬ2 использует один из двух своих доменов 5НЗ для связывания с обогащенным пролином участком мономерного бТРаза-активирующего белка 5оз (относящегося к классу аэз-бЕЕ, см.
ниже), который также связывает фосфоинозитиды плвзматической мембраны посредством своего домена РН. Второй домен 5НЗ белка бгЬ2 связывается с обогащенной пролином последовательностью каркасного белка, который, в свою очередь, связывает несколько других сигнальных белков.
Наконец, другие фосфотирозины!Я51 рекрутируют дополнительные сигнальные белки, несущие 5Н2-домен (не показано). 1б, г.с)бсцие принципы клеточной коммуникации и29 мером является первичная ресничка, которая выступает как антенна с поверхности большинства клеток позвоночных (см. главу )6). Она обычно короткая и непод вижная, и в ее ггснове лежат микротруГючки. В ней концентрируются некоторые поверхностные рецепторы и сигнальные белки, Позднее мы рассмотрим специали зированные реснички, в которых концентрируются рецепторы света и запаха.
15Л Л 5. Клетки используют различньге механизмы для быстрого ответе не постепенно позрестеюгцую концентрецию пнеклеточной сигнзльной молекулы Некоторые ответы клеток на внеклеточные сигналы плавно зависят от кон центрации сигнальной молекулы. Но часто зависимость между сигналом и от ветом бывает дискретной илн «все нли ничего», с резким переключением между одним действием и другим, когда концентрация сигнальной молекулы превышает определенное значение (рис.
15.23). Такое явление часто бывает результатом положительной обратной связи в системе ответа, это мы обсудим ниже. Два типа ответов встречаются одинаково часто, и различить их не всегда возможно. Прн из меренни влияния сигнала на популяцию клеток зависимость ответа от сигнала мо жет показаться плавной. При этом не исключено, что отдельные клетки отвечают по принципу «все или ничего», и концентрация сш.нальной молекулы, при которой происходит переключение, изменяется от клетки к клетке; на рис.
)5.24 показан пример такого измерения. Более того, плавная зависимость ответа от силы сигнала иногда может быть довольно крутой, создавая обманчивое впечатление о переключательном механизме. Клетки используют разнообразные механизмы для достижения такого эффекта.
концентрация сигнальной молекулы Рис. 1$.23. Плавная зависимость ответа от сигнала и зависимость «все или ничеюь. Некоторые клеточные ответы постепенно возрастают по мере увеличения концентрации внеклеточной сигнальной молекулы (голубая линия). Вдругих случаях клетка резко переходит нз одного состояния в другое, когда сила сигнала превышает некоторое критическое значение Гкрасная линия). (Зй(),Чббть))А 9нуу(зеннйз(рруанийбс(вггз кдбуки . Уб и < 50 к к а) 0 0,001 0,01 0,1 1 Еб прогестерон (м«М) ОООО в©©е Феве ве®В Ф®®е ООО Вве Вве Фев Еев ООО ©©В ФФФ Е®в ®®Ф ОС) С)О О ° Оф Ф® ОО Ф Е Ее Ее ооо ооо еоо еоо е®е о о о Ф е увеличение концентрации прогестерона Рис.
15.24. Необкодимосгь исследования отдельных «лето«для обнарухшния ответое «все или ничего» при увеличении концентрации вне«я«точных сигнальных молекул. В данном эксперименте незрелые яйцеклетки лягушки (ооциты] стимулировали постепенным увеличением концентрации гормона прогесшрона. Ответ оценивали, анализируя активацию МАР кинозы (см. ниже], которая при ответе фосфорил ируется. Био«и мически определяли количество фосфор илиро ванн ой (акти в и рова нной) МАР-кина вы в экстрактах ооцитов. На (о) проанализированы экстракты популяций стимулированных ооцитов, и зависимость активации МАР-кинаэы от концентрации прогестерона кажется плавной. Существует два объяснения этого результата: (б) концентрация активной МАР-киназы могла постепенно увеличиваться с увеличением концентрации прогестерона; (е) илн отдельные клетки могли отвечать по принципу «все или ничего», при этом постепенное увеличение общей активации МАР-киназы отражает увеличение количества клеток, отвечающих на прогестерон.
Когда проанализировали экстракты отдельных ооцитов, показали, что в клетках содержалась либо очень большая, либо очень маленькая, но не промежуточная концентрация акти в и рова иной киназы, т. е. на уровне отдельных клеток ответ протекал по принципу «все или ничего», как показано на (е). (Адаптировано изб Е.
Реггей апб Е. М. Масй(ег(ег 5сгелсе 280: 895-898, 1998. С любезного разрешения издательства ААА5.) В одном из механизмов для запуска ответа со следующим по цепи белком-мише иью должно связаться более од>итй внутриклеточной сигнальной молекулы. Как мы обсудим позже, для активации т(иклическии АМР зависимой протеинкиназы (Сус11с-АМР дерепс1еп1 Рго1е10 К1пазе, РКА), например, с ией должно одиовремеиио связаться четыре молекулы малого виутриклеточиого медиатора циклического АМР. Сходное усилецие ответа иаблнтдается, когда для активации виутриклеточ ного сигнального белка требуется фосфорилироваиие по нескольким сайтам. Зависимость таких кооперативньп ответов становится все круче по мере увеличения числа ксюперирующих молекул или фосфатиых групп.
Если зто число достаточно велико, ответы превращаются во «все или иичегоь (рис. 15.25). 6О в в йк их 60 ,к Ф ов хз ла й.я во Ь Ф 20 г,о 1,5 цо 0,5 относительная концентрация молекулы-вффекторв Рис. 15.25. Кривые зависимости активации вллостерического белке от концентрации моленулыэффекторв. Показано, что крутизна эктивэционного ответа увеличивается с увеличением числа алластернческих молекул-эффекторов, которые должны одновременно связываться с белком-мишенью для его активации. Ожидаемые кривые изображены при определенных условиях„если для активации требуется 1, 2, 8 и 16 молекул-эффекторов.
Зависимость ответов также становится круче, если вцутриклеточиая сигиаль иая молекула активирует один фермент и одновременно иигибирует другой, катализирующий противоположную реакцию. Хорошо изученным примером такого распространенного типа регуляции является расщепление гликогеиа в клетках скелетных мышц, вызываемое гормоиом адреиалином (зпииефрииом).
Связывание адреиалииа с сопряженным с О белком поверхностным рецептором увеличиваег виутриклеточиую коицеитрацшо циклического АМР, который одновременно активирует фермент, запускающий расшеплеиие гликогеиа, и иигибирует фермент, способствующий его синтезу. Благодаря всем этим механизмам наклон зависимости ответа от сигнала может быть очень крутым, но все равно зависимость остается непрерывной в соответствии с концентрацией внеклеточной сигнальной молекулы.
Для ответа по принципу «все или ничего» требуется другой механизм — положительная обратная связь, которую мы сейчас обсудим. 15.1 16. Во Внутринлеточных сигнальньм сетях часто ислользуются обратнь$е сВязи Как и во внутриклеточных метаболических путях (см. главу 2), в большинстве внутриклеточных сигнальных путей используются обратные связи, в которых вы ход процесса регулирует сам процесс.
При положительной обратной связи выход стимулирует собственное образование; при отрицательной обратной связи вы ход ингибирует свое образование (рнс. $5.26). Петли обратной связи очень важны в биологии, и они регулируют многие химические и физические процессы в клетке. Они действуют в очень широких масштабах времени: от миллисекунд (в случае потенциала действия, например, см. рис. 11.29) до многих часов (в случае циркад ных ритмов, например, см.
рис, 7.73). Обратные связи, регулирующие клеточную сигнализацию, могут действовать исключительно в пределах клетки мишени или включать в себя секрецию внеклеточных сигналов. Здесь мы будем рассматривать петли обратной связи, действующие в пределах клетки; даже простейшая петля может приводить к сложным н интересным эффектам. Петля положительной обратной связи в сигнальном пути может изменять по ведение отвечающей клетки. Если сила положительной обратной связи невелика, она просто увеличит ответ на сигнал. Но если связь достаточно сильна, она может стграцвшеавивв'ьйрчатнувя ыв(ь Рис. 1$.26. Положительные и отрицательные обратные связи.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
