Цитозольный механизм действия гормонов

Инсулин работает по мембранному механизму, т. к. его рецептор в клетке – мишени уже обладают пирозинкиназной активностью, т.е. может переносить остатки фосфорной кислоты на внутриклеточные белки, которые в свою очередь индукцией, активацией или дезактивацией определенных ферментов регулирует специфические метаболические пути.

Фосфорилированные белки могут активировать и факторы транскрипции, что ведет к индукции таких ферментов как фосфатазы, пальмитатситаза, глюкокиназа и др.

Инозитолфосфатная система работает по мембрано – цитозальному механизму. Характерному для гидрофильных гормонов (антотензин , адреналин по α-рецетору, вагопрессин по V₁ рецептору). Ввиду своей гидрофильности они не проходят через мембрану клеток – мишеней, но их рецептор является после изменения своей конформации в результате присоединения гормона, активаторует специальные G белки (олигомеры-α,β,ɤ). В неактивном состоянии α- частица связана с ГДФ, после активации рецепторов меняет ГДФ на ГТФ, становится способной к латеральной диффузии и мигрирует к мембранной фосфолипазе С.

Фосфолипаза С (ФЛС) – фермент из класса гидролаз, который катализирует распад фосфатидилинозитол бифосфат:

В данном случае образуется два вторичных посредника гормонального сигнала в клетку: инозитол 1, 4, 5 – трифосфат (ИФ₃) и диацилглицерол (ДАГ), активирующий цитозольный фермент – протеинкиназу С (ПКС). ИФ₃-связывается с кальциевым каналом эндоплазматического ретикулума (ЭР), вызывая изменение конформации белков канала, в результате чего он открывается и освободившийся Са²⁺ также активирует ПКС. Она в свою очередь переносит остатки фосфата от АТФ на определенные белки, активируя их. Помимо этого, в клетках тканей присутствует «вездесущий» белок – кальмодулин, имеющий четыре центра связывания ионов кальция и образовавшийся комплекс активирует Са²⁺- зависимые ферменты. Схема действия инозитол - фосфатной системы представлен на рисунке.

По мембрано-цитозольной системе аналогично работает аденилатциклазная система, результатом которой является образование вторичного посредника 3,5 – АМФ:

цАМФ образуется под действием аденилатциклазы, интегрированной в плазматическую мембрану и активируемую под действием α-частицы G-белка, связанной с ГТФ.

цАМФ активирует цитозольную протеинканазу А (ПКА), вызывая ее диссоциацию в результате связывания регуляторных субъединиц (R) с цАМФ и освобождения активных каталитических субъединиц С, которые фосфорилирует определенные ферменты. Так работают адреналин, (β-рецептор) глюкагон, стимулируя распад гликогена печени и одновременно ингибирует его синтез, так как фосфорилированная гликогенсинтаза становится неактивной. По этой системе работают многие тропные гормоны (кортикотропин, паратгормони и др).

При помощи другого вторичного переносчика ц-ГМФ работает натрий – уретический гормон (23 аминокислотных остатков).

Регуляция активности мембранной (1) и цитозольной (2) гуанилатциклазы.

Повышение концентрации цГМФ ведет к активации внутриклеточной протеинкиназы G, которая фосфорилирует и активирует фермент Са²⁺ - АТФ – аза, что приводит к выносу Са²⁺ из клетки во внеклеточное пространство. Таким образом, в результате действия натриуретического гормона сосуды расширяются и увеличивается экскреция Na⁺ и воды.

Контрольные вопросы к семинару:

1. Выберите один неправильный ответ. Мембраны участвуют в:

а) Передаче информации сигнальных молекул

б) Регуляции метаболизма в клетках

в) Регуляции потока веществ в клетку и из клетки

г) Переносе АТФ из цитозоле клеток в митохондриальный матрикс

д) Межклеточных контактах.

2. Выберите один правильный ответ. В состав мембран входят:

а) Гидрофобные белки

б) Эфиры холестерола

в) Амфифильные липиды и белки

г) Сфингозин

д) Триацилглицерол.

3. Выберите один неправильный ответ. Липиды мембран:

а) Формируют двойной лигидный слой

б) Участвуют в активации мембранных ферментов

в) Могут служить «якорем» для поверхностного белка

г) Представлены глицерофосфолипидами и сфинголипидами

д) Закрепляют в мембране с помощью дисульфидных связей.

4. Напишите ферменты основных фосфолипидов мембран: фосфотидилхолина, фосфатидилинозитол – 4,5 фосфата, сфингомиелина.

5. Какой липид гидролизуется фосфлипазой С и какой продукт гидролиза участвует в регуляции Са²⁺ - канала эндоплазматического ретикулума

6. Установите соответствие:

а) Пассивный симпорт

б) Пассивный антипорт

в) Эндоцитоз

г) Экзоцитоз

д) Первично – активный транспорт.

1. Транспорт вещества в клетку происходит вместе с частью плазматической мембраны.

2. Одновременно в клетку по градиенту концентрации проходят два разных вещества.

3. Перенос вещества идет против градиента концентрации.

7. Выберите один правильный ответ:

Na⁺, K⁺ - АТФ – аза активируется при условии:

а) Повышении концентрации ионов Na⁺ в клетке

б) Избытка АТФ в клетке

в) Повышения концентрации ионов K⁺ в клетке

г) Снижения концентрации Na⁺ в клетке

д) Повышения разности электрических потенциалов на мембране.

8. Выберите один неправильны ответ.

В передаче сигналов регуляторных молекул участвуют:

а) Аденилатциклазная система

б) Тирозиновые протеинкиназы

в) Инощиталфосфатная система

г) Тирозиновые протеинфосфатазы

д) Гуанилтциклазная система.

9. Выберите один правильный ответ.

Циклический аденозинмонофосфат (цАМФ):

а) Образуется из АМФ

б) Регулирует активность аденилатциклазы

в) повышает активность протеинкиназы G

г) Образуется из гуанозин трифосфата (ГТФ)

д) Повышает активность протеинкиназы А

10. Установите соответствие.

а) Протеинкиназа А

б) Протеинкиназа С

в) Фосфолипаза С

г) Тирозиновая протеин киназа

д) Протеинкиназа G

1. Фосфорилирует белки по тирозину (Тир)

2. Активируется при повышении концентрации цАМФ в клетке

3. Гидролизует фосфатидилинозитолбифосфат (ФИФ₂)

11. Установите соответствие.

а) Активируется при повышении концентрации цАМФ в клетке

б) Проявляет активность в комплексе протеинкиназа С – Са²⁺ - фосфатидилтсерин – диацилглицерол

в) Активируется при повышении концентрации цГМФ в клетке

г) Катализирует гидролиз ФИФ₂

д) Отвечает за образование цГМФ

1. Протеинкиназа С

2. Протеинкиназа А

3. Протеинкиназа G

12. Установите соответствие.

Функции:

а) Регулирует активность каталитического рецептора

б) Активирует фосфолипазу С

в) Повышает активность протеинкиназы А

г) Повышает концентрацию Са²⁺ в цитозоле клетки

д) Активирует протеинкиназу С

«Посредник» гормона в клетке:

1. цАМФ

2. Са²⁺

3. ИФ₃

13. Установите соответствие.

а) цГМФ

б) цАМФ

в) Оба

г) Ни один

1. Образуется из пуринового нуклеозидтриффосфата

2. Может в процессе катаболизма превращаться в АТФ или ГТФ

3. Изменяет четвертичную структуру протеинкиназы А

4. Регулирует активность протеинкиназы G

14. Стероидный гормон кальцитриол активирует всасывание пищевого кальция, увеличивая количество белков – переносчиков Са²⁺ в клетках кишечника. Объясните механизм действия кальцитриола. Для этого:

1. Приведите общую схему передачи сигнала стероидных гормонов и опишите ее функционирование

2. Назовите процесс, который активирует гормон в ядре клетки – мишени

3. Укажите, в каком матричном биосинтезе будут участвовать молекулы, синтезированные в ядре, и где он протекает.

Литература:

1. Биохимия под редакцией чл. – корр. РАН Е. С. Северин ГОЭТАР «Медиа» 2011г. стр 225 – 262.

2. Биохимия человека Р Марри, Д. Греннер, П. Мейсс т.2 стр. 127 – 146, Москва «Мир» 1993г.

3. Биологическая химия с упражнениями и задачами. Под редакцией чл. – корр РАМНС С. Е. Северин Москва ГЭОТАР – Медиа 2011 стр 172 – 202

4. Биохимия. Краткий курс с упражнениями и задачами. Изд. ГЭОТАР – Мед. стр 96 – 109

5. Н. Я. Николаев: «Биологическая химия» Медицинское информационное агенство Моска 2004 стр 197 – 202

6. Т.Т. Березов, Б. Ф. Коровкин: Биологическая химия. Москва «Медицина» 1998 стр 298 – 316.