2 курс / Нормальная физиология / Молекулярная_физиология_Пятин_В_Ф_,_Баишева_Г_М_и_др_
.pdfПРИЛОЖЕНИЕ 4, 5
ПРИЛОЖЕНИЕ 4. ОСНОВНЫЕ ЛИПИДНЫЕ КОМПОНЕНТЫ МЕМБРАН
СОСТАВ (мол%) |
|
|
|
|
|
|
Источник/Локализация |
|
PC |
PE+PS |
SM |
Холесте- |
|
|
|
|
|
|
|
рол |
Плазмат. мембрана (эритроциты человека) |
21 |
29 |
21 |
26 |
||
Миелиновая мембрана (нерв человека) |
16 |
37 |
13 |
34 |
||
Плазмат. мембрана (E.coli) |
|
0 |
85 |
0 |
0 |
|
Мембрана эндоплазматического ретикулу- |
54 |
26 |
5 |
7 |
||
ма (крыса) |
|
|
|
|
|
|
Мембрана комплекса Гольджи (крыса) |
45 |
20 |
2 |
7 |
||
Внутренняя |
митохондриальная |
мембрана |
45 |
45 |
2 |
7 |
(крыса) |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
Наружная |
митохондриальная |
мембрана |
34 |
46 |
2 |
11 |
(крыса) |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
Основная локализация |
|
экзо- |
цито- |
экзо- |
экзо- |
|
|
плаз- |
плаз- |
плазма+ |
|||
|
|
|
ма |
золь |
ма |
цитозоль |
|
|
|
|
Обозначения: PC – фосфатидилхолин; PE – фосфатидилэтаноламин; PS – фосфатидил-
серин; SM – сфингомиелин.W.Dowgan, M.Bogdanov, 2002.
ПРИЛОЖЕНИЕ 5. РАЗНОВИДНОСТИ МЕМБРАННЫХ ПЛОТОВ
А. Нанокластеры холестерола, сфингомиелина, гликосфинголипидов и белков плазматической мембраны различаются по составу. Считается, что в эти кластеры входят ГФИ (гликозилфосфатидилинозитол) -заякоренные белки, трансмембранные (ТМ) белки, специфичные для рафтов, и цитоплазматические белки, связанные с актиновыми филаментами. «Обычные» ТМ-белки не входят в состав рафтов.
Б. В ответ на внешние сигналы нанокластеры могут сливаться с образованием рафтовой платформы, важной для ТМ передачи сигналов и мембранного транспорта.
В. Рафтовая фаза, видимая в микроскоп (ø ≈ 1 мкм), наблюдается исключительно в равновесных мембранных системах, таких как гигантские синтетические или мембранные везикулы. В «нативных» мембранах постоянный обмен веществом и энергией «дробит» рафтовую фазу до мелких размеров.
ПРИЛОЖЕНИЕ6,67
ПРИЛОЖЕНИЕ 6. СХЕМАТИЧЕСКОЕ ИЗОБРАЖЕНИЕ РАЗЛИЧНЫХ БЕЛКОВ, ВСТРОЕННЫХ В МЕМБРАНУ
А - принципиальная схема полипептидной молекулы, встроенной в липидный бислой. Известными символами обозначены аминокислоты, входящие в состав белка. Б - модель полипептидной молекулы, встроенной в липидный бислой. Аминокислоты обозначены глобулами. В - модели полипептидных молекул, встроенных в липидный бислой.Трансмембранныефрагментыкаждоймолекулыобозначены спиралями. Г - основная используемая модель полипептидной молекулы, встроенной в липидный бислой. Трансмембранный фрагмент молекулы обозначен цилиндром. Д - модели полипептидных молекул, встроенных в липидный бислой. Трансмембранные фрагменты каждой молекулы обозначены цилиндрами.
ПРИЛОЖЕНИЕ 7. МОЗАИЧНАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ПОВЕРХНОСТИ ПРОСТЕЙШЕЙ ОДНОКОМПОНЕНТНОЙ МЕМБРАНЫ
Слева представлена идеальнаямодельмембраны, справа — поверхность полноатомной мембраны (ДОФС), раскрашенной по гидрофобности.
Даже в случае однокомпонентной липидной мембраны ее поверхность не является однородно полярной, как это можно предположить из схематического представления о мембране по гипотезе сэндвича. Часть гидрофильных хвостиков липидов мембран всплывает на границу вода—мембрана и формирует гидрофобные участки. В итоге мы имеем мозаично организованную поверхность, на которой в полярном «море» рассредоточены гидрофобные «островки» размером до нескольких нм2.
120 |
121 |
ПРИЛОЖЕНИЕ 8
ПРИЛОЖЕНИЕ 8. ТРАНСПОРТ ВЕЩЕСТВ ЧЕРЕЗ МЕМБРАНУ
Основные принципы транспорта ионов и некоторых веществ через мембрану.
А - основные пути транспорта веществ через мембрану. Б - показаны различные типы ионных каналов, обеспечивающие транспорт ионов по электрохимическому градиенту. В - насосы, обеспечивающие транспорт ионов против градиента концентрации, обменники и транспортеры. Г и Д- транспортные системы органелл.
ПРИЛОЖЕНИЕ 9
ПРИЛОЖЕНИЕ 9. МЕХАНИЗМЫ ИОННОЙ СЕЛЕКТИВНОСТИ
Механизмы ионной селективности и проведения ионов Na+ и K+ через K+-канал бактерии
Streptomyces lividans.
А - схема гидратированных и дегидратированных ионов Na+ и K+ в растворе и в поре К+- канала.
Б - схема электронной плотности, полученная с высоким разрешением методом рентгеновской кристаллографии, демонстрирует ионы K+, проходящие через селективный фильтр.
В - интерпретация карты электронной плотности, демонстрирующая два альтернативных положения, при которых ионы K+ двигаются через канал.
122 |
123 |
ПРИЛОЖЕНИЕ 10 |
|
ПРИЛОЖЕНИЕ 11 |
ПРИЛОЖЕНИЕ 10. РОЛЬ ИОННЫХ КАНАЛОВ |
ПРИЛОЖЕНИЕ 11. РИАНОДИНОВЫЕ РЕЦЕПТОРЫ |
|
В ОБЕСПЕЧЕНИИ РАБОТЫ СЕРДЦА |
|
|
Рианодиновый рецептор (RyR) в мышечных клетках выполняет функцию сопряжения потенциала действия с мышечным сокращением. В скелетных мышцах рианодиновые рецепторы активируются посредством специализированного механизма прямого электромеханического сопряжения, а сокращение сердечной мышцы запускается по механизму Са2+-индуцированного выброса Са2+. Обнаружено три изоформы рианодинового рецептора: RyR1, RyR2, RyR3, кодируемые тремя разными генами. RyR имеют несколько мест регуляции, которая осуществляетсяСа2+, АТР, кальмодулином, иммунофилином и кальциневрином. Рецептор фосфорилируется CaKMPK II (CaKM-зависимая протеинкиназа II) и дефосфорилируется кальциневрином. В скелетных мышцах RyR1 расположен на цистернах саркоплазматического ретикулума, примыкающих к цитоплазматической мембране, и его длинный цитоплазматический «хвост» (так называемый «foot»-регион, или «ножка») соприкасается с дигидропиридиновым рецептором (DHPR) на плазмалемме.
124 |
125 |
ПРИЛОЖЕНИЕ 12
ПРИЛОЖЕНИЕ 12. РАЗНОВИДНОСТИ ТОКСИНОВ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ПОТЕНЦИАЛУПРАВЛЯЕМЫЕ ИОННЫЕ КАНАЛЫ*
Растительных, животных и бактериальных токсинов известно огромное количество, мы остановимся на нескольких, объединенных общей мишенью — все они воздействуют на потенциал-управляемые натриевые каналы в мембранах нервных клеток.
1.Тетродотоксин как «пробка»
Рыба фугу — японский деликатес, популярный у любителей острых ощуще-
ний. Готовить рыбу фугу (иглобрюх, скалозуб - Tetraodontidae) разрешено только поварам, имеющим специальные сертификаты. Малейшее нарушение технологии может привести к смерти. Тетродотоксин — один из самых высокоактивных токсинов в природе. В последние годы среди ученых крепнет убеждение, что тетродотоксин вырабатывают не сами рыбы, а бактерии рода Vibrio, обитающие в их организме. Тетродотоксин связывается во внешнем устье канала, там, где расположен селективный фильтр. Его действие можно уподобить затыканию бутылки пробкой. Структура тетродотоксина практически идеально соответствует воронкообразной структуре устья канала. Попадание токсина в организм приводит к резкой потере активности Na+-каналов.
Рис. 1. Рыба фугу (Takifugu rubripes) (слева) и молекула тетродоксина в устье Na+- канала (справа).
2. Конотоксин как «крышка»
Яд помогает им добывать пищу: конусы выбрасывают особый вырост ротового аппарата и поражают им других моллюсков или рыб. Но их яд весьма опасен и для
Рис. 2. Моллюск конус, μ-конотоксин, молекула конотоксина в устье Na+-канала. Конотоксины синтезируют хищные брюхоногие моллюски рода Conus.
Батрахотоксин какПРИЛОЖЕНИЕ«распорка12»
человека. Конотоксины — пептиды, как правило, с несколькими цистеиновыми S-S-мостиками, которые обеспечивают более или менее жесткую укладку аминокислотной цепочки. Конусы производят множество пептидных токсинов, принадлежащих к разным семействам и атакующих различные мишени. Часть из них воздействуют на потенциал-управляемые каналы -μ-конотоксины. Они связываются в том же устье Na+-канала, что и тетродотоксин. Но пептидный токсин внутрь узкой части канала пройти не может, поэтому он «садится» на канал сверху, как крышка. Конотоксины реализуют иную стратегию для блокирования канала. Чтобы войти в устье, положительно заряженный ион натрия должен взаимодействовать там с отрицательно заряженными остатками аспартата и глутамата, для того, чтобы избавиться от молекул воды. Именно на аспартаты и глутаматы «охотится» конотоксин. За счет положительно заряженных остатков лизина и аргинина связываются необходимые для прохождения натрия аспартаты и глутаматы. В результате канал не перекрыт полностью, но все равно блокирован.
3.Батрахотоксин как «распорка»
Третий класс соединений, воздействующих на потенциал-зависимые натрие-
вые каналы, представляет батрахотоксин южноамериканских лягушек листолазов (Phyllobates). Это один из сильнейших ядов (токсин небелковой природы из группы стероидных алкалоидов): полулетальная доза, рассчитанная для употребления внутрь, составляет 2-7 мкг/кг (у стрихнина, например, миллиграммы на килограмм, у тетродотоксина — сотни микрограммов на килограмм). Растительные аналоги яда - вератридин и аконитин. Связывание этих токсинов в поре канала приводит к тому, что канал удерживается в открытом состоянии (распорка) и непрерывно пропускает ионы.
Рис. 3. Листолаз ужасный (Phyllobatester ribilis) (слева) и молекула батрахотоксина
впоре канала (справа). Стрелкой указано направление движения ионов в канале.
*Использованы материалы статьи Тихонова Д.Б. «Яды против ионных каналов» («ХиЖ», 2014, №3)
126 |
127 |
ПРИЛОЖЕНИЕ 13
ПРИЛОЖЕНИЕ 13. РАСПРОСТРАНЕННОСТЬ РАЗЛИЧНЫХ ИЗОФОРМ АКВАПОРИНОВ
Аквапорины — интегральные мембранные белки, формирующие поры в мембранах клеток. Аквапорины, или «водные каналы», избирательно пропускают молекулы воды, позволяя ей поступать в клетку и покидать её, в то же время препятствуя протоку ионов и других растворимых веществ. Белок аквапорин состоит из четырех субъединиц, каждая из которых имеет индивидуальную водную пору. В первичной структуре субъединицы одного из таких белков, аквапорина 1 (AQP1), обнаружены две повторяющиеся последовательности. Одна такая последовательность представляет собой три спиральных участка с короткой петлей, которые пронизывают мембрану и образуют одну половину поры. Две половинки поры ориентированы в мембране на 180° относительно друг друга и, встречаясь в центре бислоя, образуют полноценную пору. Концы цепи аквапорина расположены внутри клетки
За открытие аквапоринов Питер Агре получил в 2003 году Нобелевскую премию по химии (совместно с Родриком Маккинноном, получившим награду за изучение структуры и механизмов работы калиевых каналов).
На сегодня известно 13 типов аквапоринов у животных, которые классифицируют цифрами какAQP0-12, из них 6 обнаруживаются в почках. Функционально аквапоринымогутбытьклассифицированынадваподтипа:которыетранспортируют только воду (AQP1,2,4,5 и 8) и те, которые кроме воды могут проводить и другие субстанции, такие как глицерол или натуральный увлажняющий фактор (прежде всего, мочевину) – этоAQP3, 7, 9 и 10.
Таблица. Представленность некоторых изоформ аквапоринов в клетках организма
Изоформа |
Клетки, в которых встре- |
|
|
аквапо- |
Функции |
||
рина |
чается |
|
|
|
|
||
AQP1 |
вэритроцитахиклеткахпрок- |
Обеспечивает передвижение воды |
|
симальных канальцев почек, |
через клеточную мембрану в направ- |
||
|
в тканях глаза |
лении осмотического градиента |
|
|
|
встраивание этого аквапорина в мем- |
|
AQP2 |
в собирательных трубочках |
брану регулирует антидиуретиче- |
|
скийгормон(АДГ),увеличиваяреаб- |
|||
почки |
|||
|
сорбцию воды из просвета трубочек |
||
|
|
||
|
|
в межклеточное пространство |
|
|
|
|
Батрахотоксин какПРИЛОЖЕНИЕ«распорка13»
|
вбазолатеральныхмембранах |
пропускает также другие низкомоле- |
||||||||
|
собирательных трубочек поч- |
|||||||||
|
кулярные незаряженные соединения, |
|||||||||
AQP3 |
ки, в печени, поджелудочной |
такиекакмочевинаиглицерин;игра- |
||||||||
железе (островки Лангерган- |
||||||||||
|
ет важную роль в гидратации кожи, |
|||||||||
|
са), кишечнике, селезёнке, |
заживлении ран и росте опухолей. |
||||||||
|
простате, клетках кожи |
|
|
|
|
|
||||
|
в клетках эпендимной вы- |
|
|
|
|
|
||||
|
стилки сосудистого |
сплете- |
|
|
|
|
|
|||
|
ния желудочков и водопрово- |
|
|
|
|
|
||||
AQP4 |
да мозга, в синтезирующих |
|
|
|
|
|
||||
вазопрессин |
нейросекретор- |
осморецептор |
|
|
|
|||||
|
ных нейронах гипоталамуса; |
|
|
|
|
|
||||
|
в базолатеральной мембране |
|
|
|
|
|
||||
|
собирательных трубочек поч- |
|
|
|
|
|
||||
|
ки |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
в |
эпителиальных |
клетках |
участвует в формировании слёзной |
||||||
AQP5 |
околоушной, |
подчелюстной, |
||||||||
жидкости, слюны, секретов желёз |
||||||||||
|
подъязычной, слёзной, пото- |
воздухоносных путей |
|
|
||||||
|
вой железы, трахеи, лёгких |
|
|
|
|
|
||||
AQP6 |
в клетках почечных каналь- |
участвует в почечной фильтрации, |
||||||||
тубулярном эндоцитозе и кислотно- |
||||||||||
|
цев |
|
|
основном метаболизме |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
||||
AQP7 |
в клетках стенки тонкого ки- |
образует канал, проницаемый |
для |
|||||||
шечника |
|
|
воды и глицерина |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
трансмембранный |
транспорт |
воды |
|||
AQP8 |
в |
поджелудочной железе и |
по осмотическому |
градиенту; |
чув- |
|||||
толстом кишечнике |
|
ствителен к ртути, не проницаем для |
||||||||
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
глицерина и мочевины |
|
|
|||
|
|
|
|
|
Обеспечивает перенос через мем- |
|||||
|
в лейкоцитах, в печени, лёг- |
брану |
низкомолекулярных |
незаря- |
||||||
AQP9 |
ких и селезёнке, в кератино- |
женных соединений, включая такие |
||||||||
цитах эпидермиса, преадипо- |
как карбамиды, полиолы, |
пурины |
||||||||
|
||||||||||
|
цитах |
|
|
и пиримидины, а также мочевину и |
||||||
|
|
|
|
|
глицерин. |
|
|
|
||
AQP10 |
в верхних отделах тонкого ки- |
роль в транспорте воды Проницаем |
||||||||
шечника. |
|
|
для воды и глицерина. |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||
AQP11 |
во многих органах, наиболее |
играет |
важную роль в транспорте |
|||||||
высокийуровеньобнаруженв |
||||||||||
воды |
|
|
|
|
||||||
|
яичках, почках |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
||||
AQP12 |
в поджелудочной железе |
трансмембранный |
транспорт |
воды |
||||||
по осмотическому градиенту |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
128 |
129 |
ПРИЛОЖЕНИЕ 14
ПРИЛОЖЕНИЕ 14. ПРОТОННЫЙ НАСОС И ЕГО УЧАСТИЕ В СЕКРЕЦИИ СОЛЯНОЙ КИСЛОТЫ
Протонный насос (Н+/К+-АТФаза) - ионный насос, выполняющий важнейшую роль при секреции соляной кислоты в желудке. Присутствующая в большом количестве в обкладочных (париетальных) клетках слизистой оболочки желудка протонная помпа (Н+/К+-АТФаза) транспортирует ион водорода Н+ из цитоплазмы в полость желудка через апикальную мембрану обкладочных клеток в обмен на ион калия К+, который она переносит внутрь клетки. При этом оба катиона транспортируются против электрохимического градиента, а источником энергии для этого транспорта служит гидролиз молекулы АТФ.
Одновременно с протонами водорода в просвет желудка против электрохимического градиента переносятся анионы хлора Cl-. Входящие в клетку ионы К+ покидают ее по градиенту концентрации вместе с ионами Cl- через апикальную мембрану обкладочных клеток. Ионы Н+ образуются в эквивалентных количествах с НСО3- при диссоциации угольной кислоты Н2СО3 при участии карбоангидразы. Ионы НСО3- пассивно перемещаются в кровь по градиенту концентрации через базолатеральную мембрану в обмен на ион Cl-. Таким образом, в просвет желудка с участием протонной помпы выделяется соляная кислота в виде ионов Н+ и Cl-, а ионы К+ перемещаются через мембрану обратно в обкладочную клетку. Эти процессы обеспечивают образование соляной кислоты желудком.
Секреция кислоты париетальными клетками. А. Гастрин и ацетилхолин (АХ) непо-
средственно стимулируют повышенную секрецию кислоты париетальными клетками, а также стимулируют секрецию гистамина энтерохромаффино-подобными (ECL) клетками. Гистамин затем действует на Н2-рецепторы париетальных клеток.
Б. Н+/К+-АТФаза расположена в везикулах, которые сливаются с мембраной канальца при стимуляции и высвобождают Н+ в просвет; Cl- транспортируется в просвет отдельной системой переноса. Париетальные клетки несут также рецепторы простагландина Е2 (ПГЕ2), стимуляция которых ингибирует секрецию кислоты. АДФ — аденозиндифос-
фат; АТФ — аденозинтрифосфат; АТФаза — аденозинтрифосфатаза; цАМФ — циклический аденозинмонофосфат.
ПРИЛОЖЕНИЕ 15
ПРИЛОЖЕНИЕ 15. ПЛАЗМАТИЧЕСКАЯ МЕМБРАНА С НАДМЕМБРАННЫМИ И ПОДМЕМБРАННЫМИ КОМПОНЕНТАМИ
)
(
)
(
В состав плазматической мембраны (плазмалеммы) входят липиды, составляющие основу мембраны и высокомолекулярные белки. Субмембранная система клетки(подмембранныйкомплекс)представляетсобойспециализированнуюпериферическуючастьцитоплазмыизанимаетпограничноеположениемеждурабочим метаболическимаппаратомклеткииплазматическоймембраной.Всубмембранной системе поверхностного аппарата можно выделить две части: периферическую гиалоплазму, где сосредоточены ферментативные системы, связанные с процессами трансмембранного транспорта и рецепции, и структурно оформленную опорно-со- кратимую систему. Опорно-сократимая система состоит из микрофибрилл, микротрубочек и скелетных фибриллярных структур (на рисунке – актиновые филаменты). Надмембранные структуры клеток эукариот можно разделить на две большие категории.Собственнонадмембранныйкомплекс,илигликокаликс,имееттолщину 10-20 нм. В его состав входят периферические белки мембраны, углеводные части гликолипидов и гликопротеинов. Гликокаликс играет важную роль в рецепторной функции,обеспечивает«индивидуализацию»клетки-вегосоставесосредоточены рецепторы тканевой совместимости. Вторая категория представлена производными надмембранных структур. К ним относятся специфические химические соединения, не производящиеся самой клеткой. Наиболее изучены они на микроворсинках клеток кишечного эпителия. Здесь ими являются гидролитические ферменты, адсорбирующиеся из полости кишки. Их переход из взвешенного в фиксированное состояние создает базу для качественно иного типа пищеварения, так называемого пристеночного пищеварения.
130 |
131 |
ПРИЛОЖЕНИЕ 16
ПРИЛОЖЕНИЕ 16. ПОДМЕМБРАННЫЕ СТРУКТУРЫ ЭРИТРОЦИТА
Схематическое изображение внутренней стороны мембраны эритроцита с сетью миофиламентных белков, формирующих цитоскелет. Фосфоли-
пиды образуют асимметричную бислойную мембрану, холестерин растворен между хвостами жирных кислот, придавая некоторую жесткость мембране. Трансмембранные гликопротеины – гликофорин А и В – определяют антигенные и рецепторные свойства эритроцитов. Белок 3 – анионтранспортирующий белок, с ним со стороны цитозоля ассоциированы белок 4.2 (паллидин) и гемоглобин.Спектрин,актинитропомиозинформируютцитоскелетнавнутренней стороне мембраны. Спектрин – гетеродимер, имеющий α- и β-цепи. Анкирин связывает белок 3 с цитоскелетом.
ПРИЛОЖЕНИЕ 17
ПРИЛОЖЕНИЕ 17. ФАГОЦИТОЗ, ПИНОЦИТОЗ И РЕЦЕПТОРОПОСРЕДОВАННЫЙ (КЛАТРИН-ОПОСРЕДОВАННЫЙ) ЭНДОЦИТОЗ
А. Сравнительная характеристика различных видов эндоцитоза. 1 - фагоцитоз, 2 - пиноцитоз, 3 -Рецептор-опосредованный (клатрин-опосредованный) эндоци-
тоз. (Модификация: GartnerL.P, HiattJ.M. ColorTextbookofHistology, 3thed., TheMcGrawHillCompanies, 2006, 592 p.).
Б. Клатрин-опосре-
дованный эндоцитоз. |
|
Этапы |
образования |
и микрофотографии |
|
процесса. |
Везикулы, |
образующиеся при таком эндоцитозе, формируются в месте инвагинаций плазмалеммы, покрытых с цитоплазматической стороны волокнистым материалом — мембранным белком клатрином. Предварительно на мембране образуются окаймленные клатрином ямки, которые могут занимать до 2% по-
верхности некоторых клеток. С помощью окаймленных ямок, в которых располагаются соответствующие рецепторы, интернализуются ряд веществ, например, липопротеины низкой плотности, факторы роста, гормоны и пр. Например, когда животной клетке необходим холестерин для синтеза мембраны, она экспрессирует ЛПНП-рецепторы на плазматической мембране. Богатые холестерином и эфирами холестерина ЛПНП, связавшиеся с ЛПНП-рецепторами, быстро доставляют холестерин в клетку.
132 |
133 |
ПРИЛОЖЕНИЕ 18
ПРИЛОЖЕНИЕ 18. ВИДЫ МЕЖКЛЕТОЧНЫХ КОНТАКТОВ
Запирающие контакты
Коммуникативные Сцепляющие контакты «клетка- Сцепляющие контакты контакты межклеточное пространство» «клетка-клетка»
ПРИЛОЖЕНИЕ 19
ПРИЛОЖЕНИЕ 19. РЕЦЕПТОРЫ, СОПРЯЖЕННЫЕ С G-БЕЛКОМ
Молекулярная модель GPCR (родопси- |
Цикл активации G-белка под действи- |
|||
на) на атомном уровне, G-белок обозна- |
ем G-белок-связанного рецептора. |
|||
чен золотистым цветом, рецептор сетчатки |
1) фаза покоя; 2) лиганд присоединяет- |
|||
глаза - красным, зеленый - мембранный |
ся и активирует рецептор; 3) G- белок |
|||
фосфолипид, голубой цвет - молекулы |
взаимодействует с активированным ре- |
|||
воды. (Иллюстрация с сайта |
www.aapsj. |
|
цептором, α-субъединица теряет ГДФ; 4) |
|
org) |
|
α-субъединица фосфолирируется, присое- |
||
|
|
|
|
диняя ГТФ; 5) α-субъединица диссоцииру- |
|
|
|
|
ет от βγ–субъединиц и активирует эффек- |
|
|
|
|
тор; 6) α-субъединица гидролизует ГТФ до |
|
|
|
|
ГДФ и теряет способность активировать |
|
|
|
|
эффектор. 1) α-ГДФ взаимодействует с βγ |
|
|
|
|
и снова образует тримерный G-белок. α, β, |
|
|
|
|
γ — субъединицы G-белка. |
Роберт Лефковиц (Robert Lefkowitz) и Брайан Кобилка (Brian Kobilka) были награждены Нобелевской премией по химии 2012 года «за исследования рецепторов, сопряженныхсG-белком».Рецепторы,сопряженныесG-белком(G-protein-coupled receptors, GPCR), представляют собой большой класс белков клеточной мембраны и обеспечивают коммуникацию клеток организма. Соединения, которые связываются с этими рецепторами и активируют их, включают гормоны, нейромедиаторы, феромоны, светочувствительные молекулы и другие факторы регуляции важнейших физиологических процессов. Нарушение работы рецепторов, сопряженных с G-белком, приводит к возникновению множества заболеваний, сами рецепторы являются мишенью до 40 процентов выпускаемых лекарств.
134 |
135 |
ПРИЛОЖЕНИЕ 20
ПРИЛОЖЕНИЕ 20. ГЕТЕРОТРИМЕРНЫЕ G-БЕЛКИ
Гетеротримерные G-белки служат посредниками между рецепторами плазматической мембраны для более 100 внеклеточных регуляторных веществ и внутриклеточными процессами, которые они контролируют. Гетеротримерный G-белок со-
стоитизтрехсубъединиц:α(40000-45000Да),β(около37000Да)иγ(8000-10000
Да).ФункцияиспецифичностьG-белкаобычноопределяютсяегоα-субъединицей. У большинства G-белков субъединицы β и γ плотно связаны между собой.
Механизм работы гетеротримерных (ГТ) G-белков. А. Неактивные G-белки суще-
ствуют главным образом в форме αβγ-ГТ, с ГДФ, связывающих нуклеотид. Б. Взаимодействие ГТ G-белков с присоединившим лиганд рецептором ведет к преобразованию α-субъединицы в активную форму, которая имеет повышенное сродством к ГТФ и пониженную к βγ-комплексу. В. В результате активированная α-субъединица освобождает ГДФ, присоединяет ГТФ, а затем диссоциирует от βγ-димера. Г. У большинства G-белков диссоциированная α-субъединица сразу взаимодействует с эффекторными белками (Е1). Д. βγ-димер взаимодействует с эффекторным белком Е2. Е. Члены RGS семьи G-белка стимулируют гидролиз ГТФ, это инактивирует α-субъединицу и объединяет все субъединицы в αβγ-ГТ.
ПРИЛОЖЕНИЕ 20
их |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
гетеротримерныеНекоторые.ТаблицаГТФ-связывающие белки млекопитающих, классифицированные на основе субъединиц-αклассекаждомв(субъединиц- различают несколько изоформ) |
|
Функции, сигнальные пути |
аденилатциклазыАктивация |
цАМФувеличениеи входа Ca2+ в клетку |
цАМФувеличение(обоняние) |
фосфодиэстеразыАктивация цГМФ цГМФУменьшение(скотопичекое зрение) |
фосфодиэстеразыАктивация цГМФ цГМФУменьшение(фотопичекое зрение) |
Ингибированиеаденилатциклазы |
уменьшениеицАМФ ИУвеличение3Ф, ДАГ, Ca2+,активация К+ поляризация,каналов мембраны |
фосфолипазыАктивация C-бета ИУвеличение3Ф, ДАГ |
Предполагаетсяактивация К+ каналов, фосфолипазыС, ингибирование |
потенциалуправляемых Ca2+ каналов |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Функцияконцаяснадоне. |
|
|||||
|
белок-G |
гистамина,норадреналина,адреналина, G |
G |
G |
G |
простагландинов,норадреналина, Аденилатциклаза, G |
G |
G |
|
|
||||
|
|
Эффекторы |
- каль , Аденилатциклаза |
каналы циевые |
Аденилатциклаза |
фосфодиэстераза - цГМФ |
фосфодиэстераза - цГМФ |
|
2, А и С фосфолипаза каналы калиевые |
бета - С Фосфолипаза |
- кальци , С Фосфолипаза |
каналы евые |
|
|
|
|
Активирующиерецепторыдля/ особенностилокализации |
глюкагонаадренокортикотропина, гона-, дотропинов, тиреотропинадри. |
одорантов (пахучихобонятельвеществ)/- ный эпителий |
фотонов света/сетчаткапалочки( ) |
фотонов света/сетчаткаколбочки( ) |
|
ангиотензина, опиоидовмногихпепти, - дов |
ацетилхолина, адреналинанорадренали, - на/клетки нейрональногопроисхождения |
экспрессируетсяпреимущественнов |
нервной ткани |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
s |
olf |
t1 |
t2 |
|
i1-3 |
q |
|
0 |
|
|
α |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
136 |
137 |
ПРИЛОЖЕНИЕ 21
ПРИЛОЖЕНИЕ 21. ПУТИ СИГНАЛЬНОЙ ТРАНСДУКЦИИ ЧЕРЕЗ ГЕТЕРОТРИМЕРНЫЕ G-БЕЛКИ
Нарис.изображенытрилиганда(норадреалин,глутамат,дофамин),ихрецепторы, связанные с разными G-белками (Gs, Gq, и Gi), и их молекулярные мишени.
Связывание нейротрансмиттера с рецептором ведет к активации G-белка и последующему включению путей вторичных мессенджеров. Gs, Gq, и Gi подразумевают три различных типа гетеротримерных G-белков. Регуляция клеточных белков фосфорилированием ведет к усилению или угнетению их активности, а это, в свою очередь, определяет необходимую организму клеточную реакцию. Фосфорилирование белков осуществляют протеинкиназы, а дефосфорилирование - протеинфосфатазы. Протеинкиназа переносит фосфатную группу (Pi) от АТФ на сериновые, треониновые или тирозиновые остатки белков. Это фосфорилирование обратимо меняет структуру и функции клеточных белков.
ПРИЛОЖЕНИЕ 22
ПРИЛОЖЕНИЕ 22. МОНОМЕРНЫЕ G-БЕЛКИ
Мономерные G-белки - семейство ГТФ-связывающих белков, также известны как G-белки с низкой молекулярной массой, или малые G-белки (молекулярная масса 20 000-35 000 Да).
Ras-подобные мономерные ГТФ-связывающие белки участвуют в пути сигнальной трансдукции для передачи сигнала от рецепторов с собственной тирозин-про- теинкиназной активностью (например, рецепторов фактора роста) на внутриклеточные эффекторы.
Таблица. Подсемейства мономерных ГТФ-связывающих белков и регулируемые ими внутриклеточные процессы.
|
|
|
|
|
|
|
|
Подсемейство |
Клеточные эффекты |
|
|
|
|
|
Ras-подобные белки |
Контроль роста, дифференцировки и клеточного деления |
|
|
||
|
|
|
|
|
||
|
Rho-подобные белки |
Контроль полимеризации актиновых филаментов |
и их сборки |
|
||
|
в специализированные структуры типа фокальной адгезии, регуля- |
|
||||
|
(включая Rac, Rnd) |
|
||||
|
ция траскрипции, контроль дыхательного взрыва в гранулоцитах |
|
||||
|
Rab-подобные белки |
Регуляция внутриклеточного транспорта мембранных структур, в |
|
|||
|
частности контроль везикулярного транспорта путем направления |
|
||||
|
|
везикул к определенным мембранам |
|
|
|
|
|
ARF-подобные белки |
Регуляция сборки и разборки белков, покрывающих везикулы, |
|
|||
|
и контроль везикулярного транспорта |
|
|
|
|
|
|
|
Принцип работы моно- |
||||
|
|
мерных ГТФ - связыва- |
||||
|
|
ющих белков (мономер- |
||||
|
|
ных G-белков). |
|
|
||
|
|
Мономерные G-белки ак- |
||||
|
|
тивируютсягуанин-нукле- |
||||
|
|
отид-освобождающими |
||||
|
|
белками, а инактивиру- |
||||
|
|
ются ГТФаза-активирую- |
||||
|
|
щими белками. Активация |
||||
|
|
и инактивация мономер- |
||||
|
|
ных ГТФ-связывающих |
||||
|
|
белков |
контролируется |
|||
|
|
сигналами, которые из- |
||||
|
|
меняют |
активность |
гу- |
||
|
|
анин-нуклеотид-осво- |
||||
|
|
бождающих |
белков |
или |
||
|
|
ГТФаза-активирующих |
||||
|
|
белков скорее, чем путем |
||||
|
|
прямого |
воздействия |
на |
||
|
|
мономерные G-белки. |
|
|
138 |
139 |