Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. - Молекулярная биология клетки (djvu) (1129766), страница 284
Текст из файла (страница 284)
Они активируют расположенньсе на поверхности клетки рецепторы, которые служат передатчиками сигнала и преобразуют внеклеточный сигнал во внутриклеточный, изменяющий функционирование клетки-мишени. Три самых крупных семейства поверхностных рецепторов передают внеклеточные сигналы при помощи различных механизмов. Рецепторы, сопряженные с ионными каналами, представляют собой медиатор-зависимые ионные каналья которые быстро открываются или закрываются в ответ на связывание нейромедиатора. Рецепторы, сопряженные с О-белками, посредством тримерных ОТР-связывающих белков (О-белков) активируют или инактивируют связанньге с плазматической мембраной ферменты или ионные канальи Рецепторы, сопряженные с ферментами, сами являются ферментами или связаны с ними; обычно это протеинкиназы, фосфорилирующие рецепторьч и определенные сигнальные белки клетки-мишени.
После активации рецепторы, сопряженные с О-белками или ферментами, передают сигнал внутрь клетки за счет активации внутриклеточных сигнальных белков. Некоторые их этих сигнальны белков преобразуют, усиливают или распространяют сигнал по мере передачи, тогда как другие обьединяют сигнальч из различных сигнальных путей. Некоторые выполняют функцию переключателей, временно активируемых фосфорилированием или связыванием ОТР. Крупные сигнальные комплексы образуются посредством модульных доменов взаичодействия сигнальных белков, позволяющих белкам формировать функциональные сигнальньче сети. Клетки-мишени используют различные внутриклеточные механизмы, включая петли обратных связей, для регуляции своего ответа на внеклеточные сигналы.
Положительные обратные связи помогают клеткам отвечать на постепенно возрастающую концентрацию сигнальной молекулы по принципу все или ничего ° или преобразовывать кратковременный сигнал в долговременньчй или даже постоянный ответ. Отрицательная обратная связь с временной задержкой позволяет клеткам адаптироваться к сигнальной молекуле. В результате клетки способны отвечать на небольшие изменения концентрации сигнальной молекульч в широком концентрационном диапазоне.
15.2Л. Триалернъге О-белки передают сигнал от ОРСК Когда внеклеточная сигнальная молекула связывается г ОРСК, рецептор претерпевает конформационные перестройки, позволяющие ему активировать тримерный ОТР-связьзвающий белок (О-белок). С белок прикреплен к цитоплазматической стороне плазматической мембраны, где он функционально сопрягает рецептор с ферментом или ионным каналом мембраны. В некоторых случаях С-белок физически связан с рецептором до его активации, тогда как в других он связывается только с активированным рецептором. Существуют различные типы О-белков, каждый из которых специфичен к определенному набору ОРСК и белков мишеней плазматической мембраны. Однако все они имеют сходную структуру и механизм действия.
О.белки состоят из трех субъединиц -- а, )) и у. В отсутствие стимула а субъединица несет связанный СОР и О белок неактивен (рис. )5.3)). Когда С РСК активируется, он выполняет функцию фактора обмена гуаниновых нуклео гидов (ОЕГ) и заставляет а-субьединицу высвободить ОРР и связать ОТР.
Такой обмен приводит к значительным конформационным перестройкам С белка и его активации. Исходно считалось, что активация всегда приводит к диссоциации гримера на два активных компонента - а субьединицу и ))) комплекс. Однако показано, что по крайней мере в некоторых случаях конформационная перестройка приводит к обнажению поверхности между а субъединицей и )зу комплексом, то есть части С-белка становятся способны взаимодействовать со своими мишенями без диссоциации субъединиц(рис. $3.32). Мишенями служат либо ферменты, либо ионный каналы плазматической мембраны, передающие сигнал внутрь клетки. свйт связывания в) Рис.
15.31. Структура неактивного 6-белка, о) Обратите внимание, что а- и у-субъединицы ковзлентно связэны с липидными молекулами )кросные), удерживающими их вблизи плазматической мембраны, и а-субъединицз несет связанный 60Р. б) Трехмерная структура неактивного 6-белка, основанная нв трвнсдуцине — 6-белке, участвующем в зрительной передаче [обсуждается ниже). а-субъединицз содержит 6ТРззный домен и связывается с б-субъединицей, запирающей 6ТРззный домен в неактивной конформации со связанным 60Р. у-субъединицв связывается с противоположной стороны ))-субъединицьс и вместе )! и у образуют функциональную единицу. )б, по О. 6. Ьоптьг!бы ес в!., яготиге 379: 311-319, 1996.
С любезного разрешения издательства Мвсгпй)вп Риы!з)тегз 'стг).) неактивный ОРСК Рис. 15.32. Активация 6-белка вктивироввнным 6РСК. Связывание внеклеточного сигнала изменяет конформацию рецептора, которая, в свою очередь, изменяет конформацию 6-белка. Перестройка а-субъединицы 6-белка позволяет произойти обмену 6ОР на 6ТР, что активирует а-субъединицу и ру-комплекс, которые способны регулировать активность белков-мишеней в плазматической мембране. Рецептор остается активным до тех пор, пока с н им связана внешняя сигнальная молекула, следовательно, он может катализи ровать активацию нескольких молекул 6-белка, которые диссоциируют от рецептора погле актиеации (не показано). В некоторых случаях а-субъединица и ру-комплекс диссоциируют друг от друга после активации 6-белка.
неактивный 6-белок нвклвточнвя гнвльнви екула 15.2.2. Некоторые С-белки регулирукзт образование циклического Айг)Р Циклический АМР (сАМР) служит малым внутриклеточным медиатором во всех исследованных клетках прокариот и животных. Нормальная концентрация а-субъединица представляет собой ОТРазу, и после гидролиза ОТР до О1)Р она инактивируется. Как долго О белок остается активным, зависит от того, насколько бы стро а субъединица гидролизует связанный ОТР. Обычно это происходит быстро, поскольку ОТРазная активность усиливаетактивированнвя вктивированный ся связыванием а субъединицы а-субъединица со вторым белком — белком мишенью или специфическим регулятором сигнальных путей О-белков (Кеяц!атог о( О ргоСе1п 51ппа!1пй, КСБ).
КОК служат специфичными к а субъединице ОТРаза активирующими белками (ОАР) (см. рис. 15. 19), и у всех эукариот они способствуют остановке опосредованных С белками ответов. Человеческий геном кодирует около 25 белков КОК, каждый из которых взаимодействует с определенным набором О.белков. ОРСК активируют различные внутриклеточные сигнальные пути, включая пути, которые также активируются фермент-сопряженными рецепторами. Однако в данном разделе мы сконцентрируемся на активируемых ОРСК путях, использующих малые внутриклеточные медиаторы.
15.2, сигнализация посредство)и поверхностных сопрвженныхрецепторов 1391, сАМР в цитозоле составляет 10 т М, но внеклеточный сигнал способен за секунды увеличить ее более чем в двадцать раз (рис. 15.33). Как объяснялось ранее (см. рис. 15.11), для такого быстрого ответа необходимо уравновешивание быстрого синтеза молекулы и ее быстрого разрушения или удаления. Циклический АМР син тезируется из АТР связанным с плазматической мембраной ферментом аденилнлциклазой, и он непрерывно быстро разрушаегся сАМР-фосфодиэстеразами, гидроли зующими циклический АМР до аденозин 5' монофосфата (5' ЛМР) (рис.
15.34). время 20 с время 0 с ь серстскин в) 20 мкм Рис. 15.33. Увеличение концентрации циклического АМР в ответ на внеклеточный сигнал. Данные нервные клетки в культуре отвечают на нейромедиатор серотонин, который действует посредством 6РСй и вызывает быстрое увеличение внутриклеточной концентрации циклического АМР. Для наблюдения за уровнем циклического АМР в клетку поместили флуоресцентный белок, меняющий цвет при связывании с циклическим АМР. Голубой соответствует низкому уровню циклического АМР, желтый — промежуточному, а красный — высокому. о) В покоящейся клетке уровень циклического АМР составляет около 5 к 10'з М.
б) Через 20 секунд после добавления к культуре серотонина внутри- клеточная концентрация циклического АМР возрастает в соответствующих частях клетки до 10 ь М, то есть более чем в 20 раз. )из Впал 1 Васа)га) ет а)., 5оелсе 260: 222-226, 1993. С любезного разрешения издательства ААА5.) Действие многих внеклеточных сигнальных молекул направлено на увеличение концентрации циклического АМР за счет усиления активности аденилилциклазы при постоянной фоновой фосфодизстеразной активности. Лденилилциклаза .
зто крупный многопроходньш трансмембранный белок, чей каталитический сайт рас полагается на цитоплазматической стороне плазматической мембраны. У млеко питающих встречается по крайней мере восемь изоформ фермента, большая чашь которых регулируется одновременно Ь белками и Саз . ОРСК, увеличиваюгцие концентрацию циклического АМР, сопряжены со стимулирующим С-белком (С,), активнрующим аденилилциклазу. Другой С белок, носящий название ингибирующего С-белка (Р.,), ингибирует аденилилцгиклазу, но его действие основано на прямой регуляции ионных каналов (см. ниже). Ьелки С, и Сг, служат мишегшми нескольких важных для медицины бактери альных токсинов.
Холерный токсин, синтезируемый вызывающей холеру бакте. рией, представляет собой фермент, катализирующий перенос ЛРР рибозы с внутриклеточного )х)АР' на а субъединицу Сг,. Такое АРР. Рибозилирование изменяет а субъединицу, в результате чего она перестает быть способной ггтдролизовать связан- 1392 . часуь 1)А йн)>трен»зи(яй организация кпвткй нн» Рно 15.34. Синтез и разрушение циклического АМР. В реакции образования цикла, кзтзлнзнруеи мой ферментом зденнлнлцнклвэой, циклический АМР (сАМР) синтезируется нз АТР посредством удаления двух фосфагных групп (Р - Р); пнрофосфзтаза обеспечивает э>у реакцию энергией зз счет гндролнзз пнрофосфэгэ до фосфэгз (не показано).
Циклический АМР в клетке нестабилен, поскольку он гндролнзуегся специфическими фосфоднэстерэззмн с образованием бчАМР. »Ок.Р-О. Рпп Р О- зг .>» ',' "г> он он ный СТР и остается в активном состоянии, бесконечно стимулирующез> аденилилциклазу. Длительное увеличение концентра ции циклического АМР в зпителиальных клетках кишечника приводит к активному всасывиппо С! и воды, что вызывает ха рактерную для холеры тяжелую диарею. Коклюшный токсин, еинтезируемый вы »ывиошей коклк>ш Г>актерией, катализиру ет А()Р рибозилирование а субъединицы ОР что препятствуег взаимодействию белка с его рецепторами; в результате б белок удерживает СПР и оказывается неспо собнь>м ре>улировать свои белки мише- н,о ни.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
