Биохимия инет
 Скачать 2.33 Mb.
|
6. Регуляция обмена веществСИГНАЛЬНЫЕ МОЛЕКУЛЫ. Основные задачи регуляции метаболизма и клеточных функций: 1. внутриклеточное и межклеточное согласование обменных процессов; 2. исключение «холостых» циклов метаболизма, продукты которых не востребованы; 3. эффективное образование и использование энергии; 4. поддержание гомеостаза; 5. приспособление организма к условиям окружающей среды. Выделяют 2 вида регуляции метаболизма: внутренняя и внешняя. В случае внутренней регуляции управляющие сигналы образуются и действуют внутри одной и той же клетки (саморегуляция). Внутреня регуляция обеспечивается аллостерическими ферментами, активность которых изменяется при изменении концентрации метаболитов в клетке. В случае внешней регуляции - управляющие сигналы поступают к клетке из внешней среды. Внешняя регуляция обеспечивается сигнальными молекулами. Сигнальные молекулы - эндогенные химические соединения, которые в результате взаимодействия с рецепторами, обеспечивают внешнее управление биохимическими процессами в клетках-мишенях. Клетка-мишень - это клетка, имеющая рецепторы для данного вида сигнальных молекул. Сигнальные молекулы являются лигандами для рецепторов клеток-мишеней. Характерные особенности сигнальных молекул: 1. малый период жизни (обеспечивает динамичность, оперативность регуляции); 2. высокая биологическая активность (действие развивается при очень низких концентрациях); 3. уникальность, неповторимость действия. Эффекты одного типа сигнальных молекул не могут быть смоделированы другим. Это обеспечивает разнообразие регуляции; 4. наличие эффекта усиления (одна молекула инсулина активирует десятки белков-транспортеров глюкозы); 5. один вид сигнальных молекул может иметь несколько клеток-мишеней (для адреналина рецепторы находятся на мембранах мыщечных и жировых клеток); 6. реакция разных клеток-мишеней на одну и ту же сигнальную молекулу отличается. Способы внешнего управления клетками-мишенями: 1. Управление экспрессией генов (управление количеством ферментов); 2. Управление активностью ранее синтезированных ферментов; 3. Сочетание этих двух способов. Виды регуляторных эффектов сигнальных молекул: 1.Эндокринный. Сигнальные молекулы, синтезируемые в железах внутренней секреции, поступают с током крови к клеткам-мишеням. Так действует большинство гормонов. 2.Паракринный - сигнальные молекулы вырабатывают в пределах одного органа или участка ткани. Таким образом действуют большинство факторов роста. 3.Аутокринное - сигнальные молекулы действуют на клетку, их образовавшую. КЛАССИФИКАЦИЯ СИГНАЛЬНЫХ МОЛЕКУЛ. 1)По химической природе: 1.Органические (производные аминокислот, липидов, простые и сложные белки). 2. Неорганические (оксид азота II - NO). 2)По физико-химическим свойствам: 1.Липофобные - не могут проникать через мембрану клетки. Они растворимы в воде. 2.Липофильные - растворяются в жирах. Свободно проникают через мембрану клетки и действуют через внутриклеточные рецепторы клетки. Например, производные холестерола: минерало -, глюкокортикоиды, эстрогены, андрогены. 3)По биологическому принципу: 1.Гормоны - сигнальные молекулы с выраженным эндокринным эффектом. 2.Цитокины и факторы роста. Это сигнальные молекулы, которые выделяются неспециализированными клетками организма. Они регулируют рост, дифференцировку, пролиферацию соседних клеток. Действие пара- и/или аутокринно. 3.Нейромедиаторы - сигнальные молекулы, вырабатывающиеся нервными клетками, влияющие на обмен веществ и функции иннервируемых тканей. Их действие связано с влиянием на ионные каналы. Они изменяют их проницаемость и вызывают деполяризацию мембраны. МЕХАНИЗМЫ ДЕЙСТВИЯ СИГНАЛЬНЫХ МОЛЕКУЛ. Механизм действия органических ЛИПОФИЛЬНЫХ сигнальных молекул характеризуется: 1.взаимодействием сигнальной молекулы с внутриклеточным рецептором; 2.регуляторный эффект связан с изменением количества белка в результате влияния на экспрессию генов, 3. биологическое действие продолжительное, но развивается медленно в пределах нескольких часов. Факторы, необходимые для их действия: - сигнальная молекула, - воспринимающий внутриклеточный рецептор, связанный с шапероном. - участок ДНК, регулирующий транскрипцию определённых генов (энхансер, сайленсер), - белоксинтетический аппарат клетки. Этапы действия липофильных сигнальных молекул: 1. проникновение сигнальной молекулы внутрь клетки, 2. связывание с внутриклеточным рецептором, 3. освобождение шаперона, 4. взаимодействие комплекса сигнальных молекул с регуляторными элементами ДНК, изменение биосинтеза некоторых белков, в том числе и их ферментов. 5. изменение метаболизма и клеточных функций; Прекращение эффекта за счет инактивации комплекса сигнальная молекула рецептор, протеолиза белков – продуктов регулируемого гена, изменения конформации белков и рецепторов, разрушения мРНК. Механизм действия ЛИПОФОБНЫХ сигнальных молекул: 1. взаимодействие с поверхностным рецептором, 2. сигнал передаётся от рецептора внутрь клетки (трансдукция) и устанавливается с помощью внутриклеточных регуляторов: высоко- и низкомолекулярных. Высокомолекулярные регуляторы - это регуляторные белки. Они опосредуют действие сигнальной молекулы внутри клетки. Низкомолекулярные регуляторы небелковой природы. Его называют второй МЕССЕНДЖЕР (первый МЕССЕНДЖЕР - сама сигнальная молекула. Это ионы кальция, диацилглицерол, инозитол-3-фосфат, цАМФ и цГМФ. 3. биологическое действие обусловлено сочетанием регуляции активности ранее синтезированных белков и регуляция экспрессии генов. Регуляторный эффект двухфазный: - первая фаза быстрая, но не продолжительная, она обеспечивает изменение структуры и активности ферментов; - вторая фаза медленная за счёт изменения количества ферментов. МЕХАНИЗМ ДЕЙСТВИЯ, ЗАВИСИМЫЙ ОТ цАМФ. Факторы, необходимые для этого: 1. растворимая в воде сигнальная молекула; 2. поверхностные рецепторы клетки-мишени; 3. внутриклеточный трансдуктор G-белок. Состоит из 3 единиц: альфа, бета, гамма. При взаимодействии сигнальной молекулы с рецептором он активируется, его активность обусловлена альфа единицей. Она оказывает влияние на внутриклеточный фермент - АДЕНИЛАТЦИКЛАЗУ (активирует или ингибирует фермент). G-белок способен присоединять ГДФ или ГТФ. Альфа-единица активна, когда связана с ГТФ. 4. АДЕНИЛАТЦИКЛАЗА(АЦ); 5. ПРОТЕИНКИНАЗА-А цАМФ-зависимая. Она катализирует реакцию фосфорилирования белков. В результате белки изменяют активность; 6. Регуляторные элементы ДНК (ЭНХАНСЕР и САЙЛЕНСЕР); 7. ФОСФОДИЭСТЕРАЗА - разрушает ЦАМФ; 8. ФОСФАТАЗА - дефосфорилирует белки; 9. Белково-синтетический аппарат клетки. Этапы стимулирующего цАМФ - зависимого механизма: 1. взаимодействие сигнальной молекулы с рецептором; 2. изменение конформации G-белка; 3. замена ГДФ на ГТФ в альфа-S единице G-белка; 4. альфа-субъединица (стимулирующая) активирует аденилатциклазу; 5. аденилатциклаза синтезирует цАМФ; 6. цАМФ активирует ПРОТЕИНКИНАЗУ А (ПКА); 7. ПРОТЕИНКИНАЗА А фосфорилирует белки и белковые факторы транскрипции, изменяющие активность и количество ферментов; 8. Прекращение действия, если рецептор освободился - ФОСФОДИЭСТЕРАЗА - разрушает цАМФ. - ФОСФАТАЗА - ДЕФОСФОРИЛИРУЕТ белки. Этапы ингибирующего цАМФ - зависимого механизма: 1. взаимодействие сигнальной молекулы с рецептором; 2. изменение конформации G-белка; 3. замена ГДФ на ГТФ в альфа-S единице G-белка; 4. альфа-субъединица (ингибирующая) угнетает аденилатциклазу; 5. прекращение эффектов цАМФ в клетке МЕХАНИЗМ ДЕЙСТВИЯ, ЗАВИСИМЫЙ ОТ цГМФ. Необходимые компоненты: 1. Поверхностный рецептор; 2. Гуанилатциклаза (превращает ГТФ в цГМФ; 3. Протеинкиназа G; 4. Фосфодиэстераза; 5. Фосфатаза. Рецептор встроен в мембрану клетки и связан с ферментом гуанилатциклазой. При присоединении сигнальной молекулы к рецептору гаунилатциклаза активируется и ускоряет образование цГМФ. Последний активирует протеинкиназу G, он запускает реакцию фосфорилирования белков (ферментов и факторов транскрипции). ТИРОЗИНКИНАЗНЫЙ МЕХАНИЗМ ДЕЙСТВИЯ. По данному механизму действуют ферменты, обладающие внутренней тирозинкиназной активностью - способность присоединять фосфат по остаткам тирозина. После взаимодействия мономерного компонента тирозинкиназного рецептора с сигнальной молекулой он димеризуется. внутрення часть рецептора самофосфорилируется. Это вызывает активацию внутренних сигнальных путей. Сигнал передается в ядро, что вызывает изменение роста и дифференцировки. В некоторых клетках после связывания с сигнальной молекулой рецептор интернализуется (погружается внутрь) и проникает в ядро и вызывает описанный ранее эффект. МЕХАНИЗМ ДЕЙСТВИЯ ОКСИДА АЗОТА (II) ОКСИД АЗОТА (II) проникает через мембрану клетки, взаимодействует с растворимой гуанилатциклазой. Фермент активируется, в результате чего образуется цГМФ, который увеличивает активность протеинкиназы G, что вызывает соответствующий клеточный ответ. ОКСИД АЗОТА (II) – молекула, которая регулирует тонус сосудов и апоптоз. 6.1. Сигнальные молекулы˜
6.2. Гормоны гипоталамусаГОРМОНЫ ГИПОТАЛАМУСА ГИПОТАЛАМУС является компонентом и своеобразным «выходным каналом» лимбической системы. Это отдел промежуточного мозга, контролирующий различные параметры гомеостаза. С одной стороны он связан с центральной нервной системой, с другой - с гипофизом через аксоны нейронов и систему портальных сосудов. В гипоталамусе синтезируются гипоталамические нейрогормоны, которые подразделяют на 2 группы: либерины и статины. Табл. Гормоны гипоталамуса и их функции
Гормоны гипоталамуса по химическому строению предствляют собой пептиды. Действуют через циклический аденозинмонофосфат
Гормоны гипоталамуса по химическому строению предствляют собой пептиды. Действуют через циклический аденозинмонофосфат.
|