Содержание
1 «Сибирский государственный медицинский университет»
1 Министерства здравоохранения Российской Федерации
1 ИНТЕГРАТИВНАЯ БИОХИМИЯ.
1 РЕГУЛЯЦИЯ МЕТАБОЛИЗМА
1 ТОМСК
1 Издательство СибГМУ
1 2017
19 Предположительно около 1 млрд лет эволюции потребовалось для объединения одноклеточных организмов с уже вполне сложившимся метаболизмом в их многоклеточное сообщество. Для того чтобы многоклеточный организм мог возникнуть и затем успешно существова..
20 Под интеграцией метаболизма (метаболических путей) подразумевают скоординированность (согласованность) всех реакций обмена, которая обеспечивает максимальное удовлетворение потребностей целостного организма, что позволяет ему функционировать оптималь
32 6. Общие представления о мембранных (поверхностных) и внутриклеточных рецепторах и свойства их лигандов.
33 3. Регуляторная функция – контроль обмена молекулами между внутри- и внеклеточным пространствами.
33 4. Передача внеклеточного сигнала внутрь клетки посредством рецепторов и активная роль в межклеточной коммуникации.
33 5. Участие в метаболизме за счет локализованных в мембране различных ферментов.
33 6. Электрогенная функция – формирование электрического потенциала за счет перераспределения ионов К+ и Na+ (мембранный потенциал нервных клеток составляет 90 мВ).
33 7. Идентификация принадлежности данной клетки данному организму. Генетическое сходство, то есть клетка принадлежит этому же организму, либо эта клетка генетически чужеродная. Идентификация осуществляется благодаря расположенным на её поверхности видо
34 Согласованная работа всех систем цитоплазматической мембраны (рецепторов, ферментов, молекул-переносчиков и др.) абсолютно необходима для сохранения клеточного гомеостаза.
48 б) Белок Src – не связанная с рецептором внутриклеточная тирозиновая протеинкиназа. Src активируется при стимуляции рецепторов, сопряженных с G-белком, рецепторов цитокинов, а также рецепторов факторов роста. Эта протенкиназа способствует выживанию к
51 Основополагающее свойство клетки, которое обеспечивает её полноценное функционирование, – способность получать сигналы из окружающей её среды (за пределами плазматической мембраны), распознавать их и преобразовывать в адекватный клеточный ответ.
51 Мембранные (поверхностные) и внутриклеточные рецепторы
51 Все рецепторы на основании их локализации можно разделить на две группы
51 Группа 1
52 Группа 2
52 Независимо от своей локализации, рецептор следует рассматривать в качестве посредника, который преобразует внеклеточный химический сигнал, полученный с первичным мессенджером, во внутриклеточный сигнал, в трансдукции которого в том числе могут участв
52 Сигнальная молекула (лиганд, первичный мессенджер) обратимо связывается с рецептором с помощью слабых нековалентных связей
52 После связывания гормона с рецептором его трехмерная структура (конформация) претерпевает определенные изменения. Именно они приводят к активации эффекторного участка рецептора (активация рецептора) и запуску цепи биохимических реакций, приводящих к
53 Существует также особая группа липофильных сигнальных молекул, которые связываются с рецепторами клеточной поверхности. Это простагландины (ПГ) – гормоноподобные липофильные соединения, содержащие в своей структуре циклопентановое кольцо. ПГ называют
140 7. Сигнализация, опосредуемая рецепторами. Основы кинетики взаимодействия лигандов (первичных мессенджеров) с рецептором.
140 8. Представления о константе диссоциации (KD) и полумаксимальном метаболическом эффекте (ЕС50).
140 9. Два способа передачи сигнала от активированного лигандом рецептора на внутриклеточную исполнительную молекулу.
141 В рамках современных представлений о сигнальной трансдукции выделяют следующие ключевые понятия
141  Сигнальные молекулы – химические соединения, синтезирующиеся в организме (то есть эндогенного происхождения), которые обеспечивают внешнее управление метаболизмом клеток-мишеней посредством взаимодействия со специфическими рецепторами этих клеток.
141  Лиганд (фактически синоним термина «сигнальная молекула») – не что иное, как сигнальная молекула, способная с высоким сродством взаимодействовать с собственным специфическим рецептором клетки.
141  Клетка-мишень – клетка, имеющая специфический рецептор для данной сигнальной молекулы (лиганда).
142 1. Распознавание сигнала специфическим рецептором клетки-мишени.
142 2. Трансдукция регуляторного сигнала во внутреннее пространство клетки, сочетающееся с его усилением.
142 3. Восприятие регуляторного сигнала молекулой-мишенью, приводящее к соответствующим перестройкам её метаболизма.
142 4. Удаление («выключение») регуляторного сигнала сразу после реализации метаболического эффекта.
142 5. Следует помнить, что интеграция метаболических процессов достигается благодаря тому, что регуляторные сигналы способны распространяться (передаваться) по разным направлениям.
142 1. Направление сигнала
142 2. Направление сигнала
142 Клетка в процессе своей жизнедеятельности в каждый момент времени, вынуждена контактировать одновременно с несколькими типами сигнальных молекул, которые поступают из различных источников во внеклеточное пространство. Помимо гормонов это могут быть ц
143 Один набор лигандов обеспечивает сигнализацию, необходимую для выживания клетки; другой набор лигандов запускает процесс роста клетки и её деление; третий набор лигандов необходим для включения её дифференциации. Прекращение внешней сигнализации прив
143 Таким образом, использование разными типами клеток различных комбинаций регуляторных сигналов позволяет организму тонко регулировать существование составляющих его клеток, используя при этом сравнительно небольшой набор сигнальных молекул.
143 Внеклеточные сигнальные молекулы воздействуют на клетки-мишени как на коротких, так и длинных дистанциях.
143 Короткие дистанции
143  паракринная сигнализация, при которой одни клетки выделяют сигнальные молекулы во внеклеточное пространство (не поступают в кровоток), которые действуют на соседние клетки, относящиеся к такому же типу;
143  аутокринная сигнализация – передача сигнальной молекулы самой себе посредством рецепторов к этой молекуле, которые клетка несёт на своей собственной поверхности.
143 Длинные дистанции
143  эндокринная сигнализация, при которой химический сигнал (лиганд) синтезируется в специализированных клетках эндокринных желез, секретируется в кровоток и током крови доставляется к клеткам-мишеням.
143 Согласно данной концепции, сигнальные молекулы, действующие на клетку извне, называют первичными мессенджерами. Они действуют во внеклеточном пространстве и внутрь клеток не проникают.
143 Сигнальные молекулы, которые синтезируются внутри клетки в ответ на действие первичных мессенджеров и осуществляют трансдукцию регуляторной информации по внутриклеточному пространству к исполнительным молекулам, называют вторичными мессенджерами. Они
148 Сигнализация, опосредуемая рецепторами
148 Клетка отвечает только на тот регуляторный сигнал, для которого у неё есть специфический рецептор. Жизнедеятельность большинства типов клеток возможна лишь в условиях постоянного получения ими специфического сигнала для выживания. Исчезновение соотве
148 Обратная регуляция сигнала, получаемого через рецепторы
148 Клетка, потерявшая способность «отключать» регуляторный сигнал после достижения эффекта, неизбежно погибает вследствие полной разбалансировки метаболизма. Известны три основных механизма инактивации («выключения») сигнала.
148 Во-первых, поглощение клеткой комплекса лиганд-рецептор путем эндоцитоза. Это наиболее распространенный механизм.
148 Во-вторых, десенсибилизация рецептора (снижение чувствительности рецептора к лиганду). Часто связана с фосфорилированием цитоплазматического домена рецептора. Это происходит в результате фосфорилирования рецептора, как правило, по остаткам серина и т
148 В-третьих, внутриклеточное разрушение эффекторной молекулы или молекул-активаторов.
149 Основы кинетики взаимодействия лигандов (первичных мессенджеров) с рецептором
151 Вторичные мессенджеры – небольшие молекулы, быстро и в больших количествах синтезируются внутри клетки в ответ на активацию рецептора. Служат для внутриклеточной передачи и усиления сигнала к исполнительным молекулам. Действуют в течение короткого в
152 С работой цАМФ-зависимых систем внутриклеточной сигнализации непосредственно связан механизм патогенного действия возбудителя холеры – кишечной бактерии Vibrio cholerae. Бактериальный токсин является ферментом, который, оказавшись в клетке кишечного
152 2. Циклический-3’,5’-гуанозинмонофосфат (цГМФ, рис. 73) синтезируется двумя разновидностями гуанилатциклазы – мембранной и растворимой в цитоплазме. Активаторами связанного с мембраной фермента являются артериальный натрийуретичеcкий фактор и кишечны
152 Рис. 73. Структура молекулы циклического-3’,5’-гуанозин
152 монофосфата (цГМФ)
153 3. Диацилглицерол (ДАГ). Образуется с участием фосфолипазы С (ФЛазы С), которую активирует особая форма G-белка – Gq (рис. 74). В результате отщепления от мембранного фосфатидилинозитолбисфосфата (ФИФ2) его головки – инозитола. Вследствие высокой гид
153 Рис. 74. Образование диацилглицерола и инозитолтрисфосфата
153 с участием фосфолипазы С
153 В молекуле ФИФ2 выделен углеродный «скелет» глицерола
153 4. Инозитол-3-фосфат (ИФ3) – второй продукт, образуемый ФЛазой С (рис. 74). ИФ3 представляет собой отщепленный головной конец ФИФ2. Благодаря наличию отрицательного заряда ИФ3 гидрофилен. Он диффундирует по цитоплазме и связывается с ИФ3-чувствительн
153 5. Ионы Са2+. Концентрация ионов Са2+ в цитоплазме поддерживается на низком уровне = 10-7 М. Это существенно меньше, чем во внеклеточном пространстве. Низкая концентрация ионов Са2+ в цитоплазме обеспечивается работой АТФ-зависимых Са2+-насосов, лока
154 В клетках нервной системы деполяризация нервного волокна вызывает приток ионов Са2+, что стимулирует выделение нейромедиатора (ацетилхолина) в синаптическую щель. Са2+ поступает в цитозоль из внеклеточного пространства посредством потенциалзависимых
154 Рис. 75. Роль кальмодулина (СаМ) в активации кальмодулин-
154 зависимой протеинкиназы
154 В левой части рисунка представлена локализация Са2+-связывающих сайтов в молекуле СаМ. Существуют специфические киназы, фосфорилирующие ингибиторный домен фермента после его связывания с СаМ (правая часть рисунка). Это позволяет СаМ-зависимой киназе
154 Во всех клетках повышение концентрации ионов Са2+ происходит в ответ на связывание лиганда с рецепторами клеточной поверхности, относящимися к классу рецепторов, сопряженных с G-белком. В результате появления вторичного мессенджера – инозитол-3-фосфа
154 а) прямо, непосредственно связываясь cо специфическими сайтами в составе молекул протеинкиназ, образующих определенное семейство, представителем которого является протеинкиназа С;
155 б) опосредованно, взаимодействуя сначала c широко распространенным Са2+-связывающим белком кальмодулином (СаМ). СаМ имеет 4 высокоаффинных центра связывания ионов Са2+. Комплекс Са2+-СаМ активирует протеинкиназы, принадлежащие к другому семейству
155 Например, в мышечных клетках СаМ является активатором киназы гликогенфосфорилазы b. Это означает, что ионы Са2+ необходимы не только для сокращения мышц, но они участвуют также в мобилизации запасов мышечного гликогена, способствуя обеспечению энерги
155 Следует также рассмотреть явление осцилляции внутриклеточного кальция. Взаимодействие между Са2+-каналами цитоплазматической и внутриклеточных мембран, кальциевыми насосами, а также кальций-связывающими белками клетки приводит к осцилляциям ионов Са2
155 Активация ФЛазы С и образование ИФ3 происходят в ответ на взаимодействие ряда гормонов и факторов роста с поверхностными рецепторами клетки. Важно помнить, что эти первичные мессенджеры влияют главным образом не на амплитуду повышения внутриклеточной
156 Рис. 76. Зависимость частоты флуктуации концентрации ионов Са2+
156 в цитоплазме и величины биологического эффекта,
156 вызываемого ионами Са2+, от концентрации гормона
156 На маленьких графиках показано увеличение частоты флуктуаций внутриклеточной концентрации ионов Са2+.
156 6. Оксид азота (NO). Факт, согласно которому NO является вторичным мессенджером, был установлен в 1987 году благодаря работам Роберта Ферчготта (Robert Furchgott), который изучал механизм участия эндотелиальных клеток в расширении кровеносных сосудов
156 NO образуется в результате окисления аргинина, катализируемого уникальным ферментом – NO-синтазой. NO-синтаза существует в трех изоформах
157 Два основных способа передачи сигнала от активированного лигандом рецептора на внутриклеточную исполнительную молекулу
157 1. Передача сигнала путем фосфорилирования – дефосфо-рилирования. Первое происходит с участием протеинкиназ, второе – с участием протеинфосфатаз. Протеинкиназы фосфорилируют либо остатки тирозина, либо остатки серина и треонина. Существует небольшое
157 Основные функции фосфорилирования в процессе передачи регуляторного сигнала
157 а) Фосфорилирование изменяет конформацию белков, что у ферментов вызывает изменение активности (в т. ч. – активация изначально неактивных киназ). Каждая фосфатная группа привносит с собой два отрицательных заряда.
157 б) Фосфорилирование (особенно это характерно для фосфорилирования остатков тирозина) создает в молекулах белков «стыковочные участки», в качестве которых и служат фосфорилированные остатки тирозина (фосфотирозины). Эти участки распознаются другими бе
157 Роль дефосфорилирования
157 Как киназы специфичны для определенных аминокислот, так и специфичны протеинфосфатазы
158 2. Передача регуляторного сигнала через ГТФ-связывающие белки
158 а) G-белки. Это гетеротримеры, состоящие из --и-субъединиц, связанных между собой нековалентно. G-белки связаны с внутренним монослоем плазматической мембраны. G-белки участвуют в передаче сигнала от активированного лигандом рецептора, сопря
158 G-белки обладают собственной ГТФазной активностью, что лежит в основе механизма инактивации -cубъединицы G-белков. В результате расщепления ГТФ в составе субъединицы и замены ГТФ на ГДФ передача сигнала «выключается».
158 б) Мономерные G-белки (малые ГТФазы). Эти белки, подобно гетеротримерным G-белкам, связаны с внутренним монослоем плазматической мембраны. Мономерные G-белки в активном состоянии также связаны с ГТФ. Гидролиз ГТФ до ГДФ с участием собственной ГТФазно
158 Представителями этого семейства белков являются
158 В частности, белок Ras является ключевым элементом в запуске пролиферации клеток в ответ на сигнал, доставляемый факторами роста. Факторы роста действуют посредством связывания с рецепторами, обладающими собственной тирозинкиназной активностью или ре
170 Примеры белков-посредников, содержащих SH2- и SH3-домены
170 1. Белки-посредники с каталитической активностью
171 Клетка в процессе своей жизнедеятельности в каждый момент времени контактирует с несколькими типами сигнальных молекул. Каждый тип клетки запрограммирован на определенный ответ при воздействии специфической комбинации внеклеточных сигналов. Такая опр
172 1. Рецепторы, сопряженные с G-белками (G protein-coupled receptors – GPCR), или семиспиральные рецепторы.
173 1. Два сигнальных пути, запускаемые активацией GPCR
173 4. Строение и активация цАМФ-зависимой протеинкиназы А, белки, заякоривающие протеинкиназу А (АКАР), и цАМФ-зависимая регуляция транскрипции генов.
173 7. Путь передачи регуляторного сигнала, опосредованный фосфоинозитоловой системой вторичных мессенджеров.
173 13. Механизмы прекращения передачи сигнала по пути, опосредованному фосфоинозитоловой системой вторичных мессенджеров.
174 2. путь передачи регуляторного сигнала, опосредованный Са2+/фосфоинозитоловой системой вторичных мессенджеров.
176 Белки, регулируемые путем цАМФ-зависимого фосфорилирования, выполняют в клетках разнообразыне функции. Например, под влиянием адреналина в цитоплазме клеток скелетных мышц повышающаяся концентрация цАМФ стимулирует ПКА, которая путем фосфорилирования
176 Наряду с растворимой формой ПКА в клетке могут существовать протеинкиназы ПКА, «заякоренные» в определенном внутриклеточном компартменте с помощью белков-адаптеров, называемых белками, заякоривающими киназу А, – A-kinase anchor proteins (AKAP). Такой
177 Важно помнить, что разные гормоны способны стимулировать синтез цАМФ и приводить к одинаковому ответу разных типов клеток. Например, адреналин и глюкагон стимулируют расщепление гликогена, соответственно, в клетках скелетных мышц и гепатоцитах. С дру
177 цАМФ-зависимая регуляция транскрипции генов
179 Путь передачи регуляторного сигнала, опосредованный фосфоинозитоловой системой вторичных мессенджеров
179 Сигнальный путь фосфатидилигозитола/Са2+ является вторым направлением передачи регуляторного сигнала внутрь клетки от гормонов, действующих посредством рецепторов, сопряженных с G-белком (GPCR).
179 Стимуляция GPCR может приводить к активации G-белка, содержащего q-субъединицу (Gq). Gq-ГТФ субъединица активирует связанную с цитоплазматической мембраной фосфолипазу С (ФЛазу С), точнее, её разновидности
180 Рис. 89. Механизм активации ФЛазы С посредством Gq-ГТФ
180 субъединицы гетеротримерного G-белка и точки
180 действия различных типов фосфолипаз
180 В результате воздействия ФЛазы С на ФИФ2 образуются два продукта, каждый из которых является вторичным мессенджером (рис. 90)
180 1. Гидрофильный инозитол-1’4’5’-трифосфат (ИФ3).
180 2. Гидрофобный, остающийся в мембране 1,2-диацилглицерол (ДАГ).
180 Рис. 90. Два продукта деятельности ФЛазы С
181 Вторичный мессенджер инозитол-1,4,5-трифосфат (ИФ3). Молекула ИФ3 гидрофильна благодаря шести отрицательным электрическим зарядам, которые сообщают ему три фосфорильные группы. ИФ3 переходит в цитоплазму клетки и активирует инозитолтрифосфат-управляе
181 Рис. 91. Схема инозитолтрифосфат-управляемого
181 Кальциевого канала
181 Канал открывается на 1–2 секунды, обеспечивая выброс ионов Са2+ в цитоплазму вдоль градиента концентрации. Увеличение концентрации ионов до величины 10-6 М является сигналом для активации целого ряда Са2+-зависимых ферментов и в первую очередь для ак
181 Для поддержания кальциевого гомеостаза избыток ионов Са2+ своевременно удаляется. При этом молекулы ИФ3 дефосфорилируются цитозольными специфическими фосфатазами и отделяются от Са2+-каналов, которые в результате этого закрываются. Далее АТФ-зависимы
181 Вторичный мессенджер 1,2-диацилглицерол (ДАГ). ДАГ является гидрофобной молекулой, в силу чего остается во внутреннем слое цитоплазматической мембраны, где он встречается с рекрутируемой из цитоплазмы неактивной ПКС и активирует её. In vivo активация
182 ПКС, структура и механизм активации. ПКС является мономером с молекулярной массой 77 кДа. Полипептидная цепь включает 670–690 аминокислотных остатков и состоит из двух компактных доменов. Один из них гидрофобный регуляторный, второй гидрофильный ката
182 Рис. 92. Схема активации протеинкиназы С
182 Молекула ПКС существует в двух конформациях
183 Рис. 93. Схема изменения конформации молекулы протеинкиназы С
183 в результате присоединения ионов Са2+ и образования
183 контакта с отрицательно заряженной головкой
183 фосфатидилсерина клеточной мембраны.
183 DAG – ДАГ (диацилглицерол)
183 Для ПКС характерен длительный период активности, которая может сохраняться в условиях, когда первоначальный сигнал пропал или снизилась концентрация ионов Ca2+. Причина – постоянное образование дополнительного количества ДАГ из фосфатидилхолина с уча
183 Обширное семейство ПКС делят на три подсемейства в зависимости от сходства первичной структуры (доменов) и способа активации (рис. 94)
183 а) Классические формы ПКС (активируются ДАГ и ионами Са2+, нуждаются в фосфатидилсерине, активируются форболовыми эфирами). Изоформы
183 б) Новые формы ПКС (активируются ДАГ, нуждаются в фосфатидилсерине, но независимы от ионов Са2+). Изоформы
183 в) Атипичные формы ПКС (нуждаются в фосфатидилсерине, но не чувствительны к ДАГ и ионам Са2+). Изоформы.
184 Рис. 94. Схема структуры трех подсемейств ПКС
184 Буквами С1–С4 обозначены консервативные домены и указаны молекулы, с которыми взаимодействуют эти домены. С доменом С1 также связывается естественный активатор ПКС – диацилглицерол (ДАГ). Маленькими прямоугольниками (крайние слева) на каждой схеме об
184 ФС – фосфатидилсерин.
184 В одном типе клеток могут присутствовать разные подсемейства ПКС. Эти подсемейства киназы участвуют в широком круге процессов, лежащих в основе жизнедеятельности клетки
184 Одна из изоформ атипичной ПКС (ПКС- способна запускать сигнальный путь, опосредуемый ядерным транскрипционным фактором kB (NFkB). NFkB присутствует во всех клетках организма человека и животных. NFkB активирует экспрессию более 250 генов, кодирующи
185 Отдельно следует сказать о том, что мощными активаторами классической формы ПКС являются форбол и его эфиры – соединения растительного происхождения. В своё время использование форболовых эфиров внесло существенный вклад в изучение механизмов функцио
185 Рис. 95. Структура форбол-12-миристат-13-ацетата
185 Форболовый эфир связывается с регуляторным доменом ПКС и активирует её в концентрациях, на три порядка меньших, чем естественный активатор – ДАГ. Благодаря чуждой животной клетке химической структуре форболовые эфиры разрушаются in vivo крайне медлен
185 Механизмы прекращения передачи сигнала по пути, опосредованному фосфоинозитоловой системой вторичных мессенджеров
185 Если какая-либо сигнальная система останется во включенном (активированном) состоянии и после того, как действие внешнего сигнала уже прекратилось, то последствия для клетки, как правило, оказываются фатальными. Отсюда чрезвычайно важной является без
186 II. Дефосфорилирование эффекторных белков протеинкиназы С.
186 Эти реакции катализируют специфические протеинфосфатазы. Многие эффекторные молекулы переходят в неактивную форму в результате их дефосфорилирования, и достигнутый эффект аннулируется.
186 Заключение
187 Наряду с растворимой формой ПКА в клетке существуют ПКА, «заякоренные» в определенных внутриклеточных компартментах с помощью белков-адаптеров, называемых белками, заякоривающими киназу А, – A-kinase anchor proteins (AKAP). «Привязка» ПКА к определен
188 Путь, опосредованный фосфоинозитоловой системой вторичных мессенджеров, является вторым направлением передачи регуляторного сигнала внутрь клетки от гормонов, действующих посредством GPCR. Стимуляция GPCR активирует G-белок, содержащий q-субъединицу
188 Молекула ПКС содержит регуляторный и каталитический домены. Неактивная ПКС растворена в цитоплазме. В ответ на повышение концентрации ионов Са2+ в цитоплазме под влиянием ИФ3 ПКС изменяет свою конформацию и переносится во внутренний слой плазматическ
188 Обширное семейство ПКС делят на три подсемейства в зависимости от сходства первичной структуры (доменов) и способа активации
188 – классические формы ПКС, включающие изоферменты 
188 – новые формы ПКС, включающие изоферменты ;
188 – атипичные формы ПКС, включающие изоферменты .
188 В одном типе клеток могут присутствовать разные подсемейства ПКС, которые участвуют в разнообразных процессах, лежащих в основе жизнедеятельности клетки.
188 Форболовый эфир, являясь соединением растительного происхождения, способен связывается с регуляторным доменом ПКС и активировать её в концентрациях, на три порядка меньших, чем естественный активатор – ДАГ. В присутствии форболового эфира сигнальная
190 3. Механизм активации белка Ras.
190 5. Механизмы «выключения» митогенной сигнализации.
190 8. Регуляция инсулином активности гликогенсинтазы в печени и мышцах.
190 9. Механизм обеспечения трансмембранной доставки глюкозы в инсулин-зависимые клетки.
191 Некоторые виды опухолей возникают при нарушении регуляции МАПК-сигнального пути. Так, мутации генов, кодирующих цитоплазматический домен рецепторных тирозиновых киназ (посредством которых на клетку воздействуют митогены), нарушают киназную активность
191 Связывание лиганда с рецептором вызывает его димеризацию, приводящую к сближению цитоплазматических доменов рецептора и изменению их конформации, что вызывает активацию собственной тирозинкиназы, которая является неотъемлемой частью домена. На долю т
191 В результате активации собственной тирозинкиназы в цитоплазматических доменах рецептора происходят два важных события
191 а) В составе доменов образуются фосфорилированные остатки тирозина (фосфотирозины), которые служат сайтами связывания (докинг-пунктами) для специфических цитозольных адаптерных белков-посредников, участвующих в передаче регуляторного сигнала внутри к
192 Рис. 96. Схема активации рецепторов, обладающих собственной
192 тирозинкиназной активностью (рецепторных тирозиновых киназ)
192 [Пальцев М.А. и др., 2003]
192 б) Активная собственная тирозиновая протеинкиназа цитоплазматических доменов обеспечивает фосфорилирование остатков тирозина в составе специфических цитоплазматических белков – участников проведения регуляторного сигнала внутри клетки.
192 Иными словами, цитоплазматические домены рецептора приобретают способность рекрутировать («притягивать») различные адапторные белки (как связанные с мембраной, так и растворенные в цитоплазме) и активировать их, инициируя, тем самым, различные каскад
193 Белок Ras является представителем семейства мономерных G-белков или «малых» ГТФаз, экспрессирующихся во всех типах клеток. Белки Ras активно участвуют в пролиферации, дифференцировке, трансформации и апоптозе клеток, опосредуя действие митогенных и р
193 Адапторные белки, помимо SH2- и SH3-доменов, могут содержать в своём составе другие домены, например PH-домены (от plextrin homology – домен плекстриновой гомологии), которые выполняют аналогичные функции.
193 Следует подчеркнуть, что функция адапторных белков состоит в том, что они, благодаря присутствию в их составе SH2-, SH3- и PH-доменов, имеют способность одним своим концом связываться с фосфотирозинами на цитоплазматическом домене рецептора, а другим
193 Структура и механизм активации белка Ras
193 Ras связан с внутренним слоем цитоплазматической мембраны. Как и гетеротримерный G-белок, обеспечивающий сигнализацию по пути цАМФ, белок Ras активен, если он образует комплекс с ГТФ, и неактивен, если происходит замена ГТФ на ГДФ (гидролиз ГТФ до ГД
194 Гуанозин-связывающий регион белка Ras имеет выраженную гомологию с подобным регионом в гетеротримерных G-белках. Ras постоянно циркулирует между своими активной и неактивной формами. Механизм процесса следующий. Связывание фактора роста со своим реце
194 Тирозинкиназная активность цитозольных доменов рецептора может быть инактивирована в результате фосфорилирования этих доменов по определенным остаткам серина и треонина. Такое фосфорилирование обеспечивают другие протеинкиназы, например ПКА и ПКС.
195 Важно подчеркнуть, что большое количество процессов сигнальной трансдукции, в которую вовлечены этапы белок-белковых взаимодействий, протекает на внутренней поверхности цитоплазматической мембраны, т. е. там, где пространство ограничено двумерным про
196 Сигнальный путь назван по имени последней (на схеме № 3) киназы
198 Рис. 100. Схема сигнального пути митоген-активируемой
198 протеинкиназы (МАПК) [Пальцев М.А. и др., 2003]
199 Основные механизмы «выключения» митогенной сигнализации
199  диссоциация комплекса лиганд-рецептор;
199  дефосфорилирование цитозольных доменов рецептора с участием внутриклеточных фосфопротеинфосфатаз;
199  фосфорилирование цитозольных доменов рецептора по остаткам серина и теронина с участием протеинкиназ А и С;
199  с участием прочих специфических фосфо-(тирозин-серин-треонин)-фосфатаз удаление остатков фосфорной кислоты из внутриклеточных белков (адаптерных и промежуточных протеинкиназ), что отменяет эффекты их активации, обусловленные фосфорилированием.
201 Сигнал от инсулина внутри клетки поступает
201 - к инсулин-чувствительным метаболическим ферментам;
201 Строение рецептора инсулина и механизм его активации
201 Рецептор инсулина относится к классу рецепторов, обладающих собственной тирозинкиназной активностью. В отличие от других представителей рецепторов этого класса, для которых димеризация является итогом активации специфическим лигандом, инсулиновый рец
202 Рис. 103. Схема строения рецептора инсулина [Пальцев М.А. и др., 2003]
202 В результате связывания инсулина с двумя -субъединицами рецептор активируется, что приводит к определенным конформационным перестройкам его -субъединиц. Это происходит благодаря запуску перекрестного аутофосфорилирования, когда одна -субъединица ф
202 Активированный рецептор инсулина фосфорилирует по тирозину молекулу субстрата рецептора инсулина-1 (insulin receptor substrate-1, IRS-1). IRS-1 с помощью своих фосфотирозинов связывается с адапторным белком Grb2 посредством присутствующего в нём SH2-
202 Активированный Ras связывается с протеинкиназой Raf-1, являющейся первой протеинкиназой в сигнальном каскаде MАПК и активирует её. В этом каскаде каждая из протеинкиназ последовательно активирует следующую путем её фосфорилирования. Так, киназа Raf-1
203 Регуляция инсулином активности гликогенсинтазы в печени и мышцах
203 На уровне активированной инсулиновым рецептором молекулы IRS-1 происходит «разветвление» сигнальных путей. Так, IRS-1 может взаимодействовать также с особой киназой – фосфоинозитид-3-киназой (ФИ-3K) – благодаря наличию в её составе SH2-домена. Активи
204 Одной из мишеней ПКВ является киназа 3-гликогенсинтетазы (GSK3), которая активна в нефосфорилированной форме. В отсутствие сигнала инсулина GSK3 фосфорилирует гликогенсинтетазу и этим инактивирует её, подавляя синтез гликогена. Когда GSK3 фосфорилиру
204 Рис. 105. Регуляция инсулином активности гликогенсинтазы в мышцах
204 и печени [Нельсон Д., Кокс М., 2011]
204 IRS-1 – субстрат инсулинового рецептора-1; PI-3K – фосфатидилинозитол-3 киназа; PIP2 – фосфатидилинозитол-4,5-бисфосфат; PIP3 – фосфатидилинозитол-3,4,5-трисфосфат; PDK-1 – фосфоинозитид-зависимая протеинкиназа-1; PKB – протеинкиназа В; GSK3 – киназа
204 Роль активированной инсулином протеинкиназы В в механизме транспорта глюкозы через мембрану инсулин-зависимых клеток
205 Другим эффектом активированной ПКВ является запуск экзоцитоза цитоплазматических везикул, содержащих ГЛЮТ4, благодаря чему транспортер встраивается в плазматическую мембрану, что стимулирует поглощение глюкозы из крови мышцами и другими инсулин-завис
205 IRS-1 – субстрат инсулинового рецептора-1; PI-3K – фосфатидилинозитол-3 киназа; PIP2 – фосфатидилинозитол-4,5-бисфосфат; PIP3 – фосфатидилинозитол-3,4,5-трисфосфат; PKB – протеинкиназа В; GSK3 – киназа-3 гликогенсинтазы; GS – гликогенсинтаза; GLUT4 –
%
Signle page reading mode
Basic reading mode
Тэги
Заметки
Print
Video
Additional materials
Содержание

Интегративная биохимия. Регуляция метаболизма

Авторы: Кузьменко Д. И., Климентьева Т. К.
Main page
Открыть для копирования
В книге
На странице
Скачать выбранные
/ 210
1 210
Копирование: 105 (105) страниц | Печать: 42 (42) страницы
Ограничения на печать и копирование введены правообладателем. В скобках
указан остаток по каждому пункту с учетом того, что Вы уже использовали