Клеточная сигнализация

В многоклеточных организмах поддержание гомеостаза обеспечивают 3 системы:

1). нервная, 2). гуморальная, 3). иммунная.

Регуляторные системы функционируют с участием сигнальных молекул.

Сигнальные молекулы – это органические вещества, которые переносят информацию.

К сигнальным молекулам относятся гормоны, нейромедиаторы, факторы роста, цитокины и эйкозаноиды.

ЦНС для передачи сигнала использует нейромедиаторы, гуморальная система – гормоны, иммунная - цитокины.

Гормоны, это сигнальные молекулы беспроводного системного действия.

Отличием истинных гормонов от других сигнальных молекул, является то, что они синтезируются в специализированных эндокринных клетках, транспортируются кровью и действуют дистантно на ткани мишени.

Гормоны по строению делятся: на

белковые (гормоны гипоталамуса, гипофиза),

производные аминокислот (тиреоидные, катехоламины)

и стероидные (половые, кортикоиды).

Пептидные гормоны и катехоламины растворимы в воде, они регулируют преимущественно каталитическую активность ферментов.

Стероидные и тиреоидные гормоны водонерастворимы, они регулируют преимущественно количество ферментов.

Гормоны влияют на активность и количество ферментов в клетке не напрямую, а через каскадные системы (аденилатциклазную, гуанилатциклазную, инозитолтрифосфатную, RAS и т.д.), состоящие из:

1. рецепторов;

2. регуляторных белков (G-белки, IRS, Shc, STAT и т.д.).

3. вторичных посредников, (messenger - посыльный) (Са²⁺, цАМФ, цГМФ, ДАГ, ИТФ);

4. ферментов (аденилатциклаза, фосфолипаза С, фосфодиэстераза, протеинкиназы А, С, G, фосфопротеинфосфотаза);

Необходимость каскадных систем связана с тем, что, во-первых, водорастворимые гормоны не проходят клеточную мембрану, во-вторых, эти системы обеспечивают усиление первичного сигнала гормонов в миллионы раз. В результате даже одна молекула гормона способна активировать миллионы ферментов и вызвать метаболический эффект.

Водонерастворимые гормоны самостоятельно проходят клеточные мембраны и реализуют свой эффект с участием цитоплазматических и ядерных рецепторов.

Рецепторы

Рецепторы - это белки, встроенные в клеточную мембрану или находящиеся внутри клетки, которые, взаимодействуя с сигнальными молекулами, меняют активность регуляторных белков.

По локализации рецепторы делятся на: 1) цитоплазматические; 2) ядерные; 3) мембранные.

По эффекту рецепторы делятся на: активаторные (активируют каскадные системы) и ингибиторные (блокируют каскадные системы).

Участие рецепторов в трансмембранной передаче сигнала

вторичные

посредники:

1). Рецепторы, связанные с ионными каналами (рецептор ГАМК);

2). Рецепторы, с тирозинкиназной активностью (рецептор инсулина);

3). Рецепторы, активирующие инозитолтрифосфатную систему (α1-адренорецептор - у гепатоцитов);

4). Рецепторы, с гуанилатциклазной активностью (гуанилатциклаза, рецептор ПНФ);

5). Рецепторы, активирующие аденилатциклазную систему (β-адренорецепторы);

6). Рецепторы, связывающие гормон в цитозоле или ядре (рецептор кортизола).

По механизму передачи сигнала рецепторы делятся на 4 типа:

1). Рецепторы, связанные с ионными каналами. Это интегральные мембранные белки, состоящие из нескольких субъединиц, полипептидная цепь которых несколько раз пересекает клеточную мембрану. Они имеют центр связывания сигнальной молекулы и ионный канал. При связывании с сигнальными молекулами у этих рецепторов открываются или закрываются ионные каналы. Действуют они очень быстро в течение миллисекунд.

Эти рецепторы обеспечиваю синаптическую передачу в электрически возбудимых клетках. Например, катионные ацетилхолиновые никотиновые рецепторы скелетных мышц.

2). Рецепторы, с ферментативной активностью. Имеют разнообразное строение, регулируют клеточное деление, дифференцировку, развитие иммунного ответа.

Рецепторы с ферментативной активностью бывают 3 видов:

а). Рецепторы, с тирозинкиназной активностью (тирозиновые протеинкиназы). Это каталитические рецепторы, фосфорилирующие по тирозину белки-мишени. Их активируют инсулин, макрофагный колониестимулирующий фактор, тромбоцитарный производный фактор роста.

Например, мембранный рецептор инсулина, он является гликопротеином, который состоит из 2 α и 2 β субъединиц связанных дисульфидными связями. α субъединицы связывают инсулин, а β субъединицы обладают тирозинкиназной активностью. После присоединения гормона к α субъединицам, β субъединицы сначала фосфорилируют друг друга, а затем белок IRS-1 (insulin receptor substrate), который активирует функциональные ферменты (фосфопротеинфосфатаза). ФПФ в свою очередь дефосфорилирует и инактивирует инсулиновый рецептор.

б). Рецепторы, с фосфатазной активностью (тирозиновые протеинфосфотазы). Это каталитические рецепторы, дефосфорилирующие по тирозину белки-мишени (например, ФПФ).

в). Рецепторы с гуанилатциклазной активностью (гуанилатциклазы ГЦ). Это каталитические рецепторы, превращающие ГТФ в цГМФ, есть в сердце, легких, почках, надпочечниках, эндотелии кишечника, сетчатке и т.д.

Эти рецепторы находятся на мембране и в цитоплазме:

Мембранная ГЦ – гликопротеин (180кДа), имеет 3 домена: внеклеточный рецепорный, трансмембранный и внутриклеточный каталитический. Активируется предсердным натрийуретическим фактором (АНФ), термостабильным токсином грамотрицательных бактерий, эндотелийпроизводным фактором, ацетилхолином+Са²⁺, серотонином, гистамином и т.д. Существует 3 вида.

Цитоплазматическая ГЦ состоит из α и β субъединиц и содержит гем, активируется оксидом азота NO (а также Н₂О₂, О₂, жирными кислотами и продуктами ПОЛ).