Buněčné receptory, jejich klasifikace. Intracelulární receptory a regulace transkripce
Tento receptor. Uvnitř těla se obvykle jedná o hormon nebo neurotransmiter nebo jejich umělé náhražky používané jako léky a jedy (agonisté). Některé ligandy naopak blokují receptory (antagonisty). Pokud jde o smysly, ligandy jsou látky, které působí na receptory čichu nebo chuti. Zrakové receptory navíc reagují na světlo a v orgánech sluchu a hmatu jsou receptory citlivé na mechanický tlak způsobený vibracemi vzduchu a dalšími vlivy.
Receptorové třídy
Buněčné receptory lze rozdělit do dvou hlavních tříd – membránové receptory a intracelulární receptory.
Membránové receptory
Velmi často mají proteiny hydrofobní oblasti, které interagují s lipidy, a hydrofilní oblasti, které jsou na povrchu buněčné membrány, v kontaktu s vodným obsahem buňky. Většina membránových receptorů jsou právě takové transmembránové proteiny.
Mnohé z membránových receptorových proteinů jsou spojeny se sacharidovými řetězci, to znamená, že jsou to glykoproteiny. Na jejich volných površích se nacházejí oligosacharidové řetězce (glykosylové skupiny), podobné anténám. Takové řetězce, sestávající z několika monosacharidových zbytků, mají širokou škálu forem, což je vysvětleno rozmanitostí vazeb mezi monosacharidovými zbytky a existencí a- a p-izomerů.
Funkcí „antén“ je rozpoznat vnější signály. Rozpoznávací oblasti dvou sousedních buněk mohou zajistit buněčnou adhezi vzájemnou vazbou. To umožňuje buňkám orientovat se a vytvářet tkáně během procesu diferenciace. Rozpoznávací místa jsou také přítomna v některých molekulách, které jsou v roztoku, díky čemuž jsou selektivně přijímány buňkami, které mají komplementární rozpoznávací místa (například LDL je vychytáván LDL receptory).
Dvě hlavní třídy membránových receptorů jsou metabotropní receptory a ionotropní receptory.
Ionotropní receptory jsou membránové kanály, které se otevírají nebo uzavírají po navázání na ligand. Výsledné iontové proudy způsobují změny v transmembránovém potenciálovém rozdílu a v důsledku toho i excitabilitu buněk a také mění intracelulární koncentrace iontů, což může sekundárně vést k aktivaci intracelulárních mediátorových systémů. Jedním z nejvíce prostudovaných ionotropních receptorů je n-cholinergní receptor.
Struktura G proteinu sestávající ze tří typů jednotek (heterotrimerní) - αt/αi (modrá), β (červená) a γ (zelená)
Metabotropní receptory jsou spojeny se systémy intracelulárních poslů. Změny jejich konformace po vazbě na ligand vedou ke spuštění kaskády biochemických reakcí a v konečném důsledku ke změně funkčního stavu buňky. Hlavní typy membránových receptorů:
- Heterotrimerní receptory spřažené s G proteinem (např. vazopresinový receptor).
- Receptory s intrinsickou tyrosinkinázovou aktivitou (například receptor inzulínu nebo receptor epidermálního růstového faktoru).
Receptory spřažené s G proteinem jsou transmembránové proteiny, které mají 7 transmembránových domén, extracelulární N konec a intracelulární C konec. Vazebné místo ligandu se nachází na extracelulárních smyčkách, vazebná doména G proteinu se nachází v blízkosti C-konce v cytoplazmě.
Aktivace receptoru způsobí, že jeho α-podjednotka disociuje z komplexu βγ-podjednotky a tím se aktivuje. Poté buď aktivuje, nebo naopak inaktivuje enzym, který produkuje druhé posly.
Receptory s tyrosinkinázovou aktivitou fosforylují následné intracelulární proteiny, často také proteinkinázy, a přenášejí tak signál do buňky. Strukturálně se jedná o transmembránové proteiny s jednou membránovou doménou. Typicky homodimery, podjednotky jsou spojeny disulfidovými můstky.
Intracelulární receptory
Intracelulární receptory jsou typicky transkripční faktory (např. glukokortikoidní receptory) nebo proteiny, které interagují s transkripčními faktory. Většina intracelulárních receptorů se váže na ligandy v cytoplazmě, stává se aktivní, je transportována spolu s ligandem do buněčného jádra, kde se váže na DNA a buď indukuje nebo potlačuje expresi určitého genu nebo skupiny genů.
Oxid dusnatý (NO) má zvláštní mechanismus účinku. Tento hormon, který proniká membránou, se váže na rozpustnou (cytosolovou) guanylátcyklázu, což je jak receptor pro oxid dusnatý, tak enzym, který syntetizuje druhého posla, cGMP.
Základní systémy intracelulárního přenosu hormonálních signálů
Adenylátcyklázový systém
Centrální částí systému adenylátcyklázy je enzym adenylátcykláza, který katalyzuje přeměnu ATP na cAMP. Tento enzym může být buď stimulován proteinem G s (z anglického stimulující) nebo inhibován proteinem G i (z anglického inhibující). cAMP se poté váže na cAMP-dependentní proteinkinázu, také nazývanou proteinkináza A, PKA. To vede k jeho aktivaci a následné fosforylaci efektorových proteinů, které plní v buňce nějakou fyziologickou roli.
Systém fosfolipáza-vápník
Proteiny G q aktivují enzym fosfolipázu C, která štěpí PIP2 (membránový fosfoinositol) na dvě molekuly: inositol-3-fosfát (IP3) a diacylglycerid. Každá z těchto molekul je druhým poslem. IP3 se dále váže na své receptory na membráně endoplazmatického retikula, což má za následek uvolnění vápníku do cytoplazmy a zahájení mnoha buněčných reakcí.
Systém guanylátcyklázy
Centrální molekulou tohoto systému je guanylátcykláza, která katalyzuje přeměnu GTP na cGMP. cGMP moduluje aktivitu řady enzymů a iontových kanálů. Existuje několik izoforem guanylátcyklázy. Jeden z nich je aktivován oxidem dusnatým NO, druhý je přímo spojen s receptorem atriálního natriuretického faktoru.
cGMP řídí výměnu vody a transport iontů v ledvinách a střevech a slouží jako relaxační signál v srdečním svalu.
Farmakologie receptorů
Receptory jsou zpravidla schopny vázat se nejen na hlavní endogenní ligandy, ale i na další strukturně podobné molekuly. Tato skutečnost umožňuje využití exogenních látek, které se vážou na receptory a mění svůj stav jako drogy nebo jedy.
Steroidní a štítné hormony se vážou na receptory uvnitř buňky a regulují rychlost transkripce specifických genů.
V nepřítomnosti hormonu jsou intracelulární receptory obvykle spojeny s jinými proteiny v cytosolu nebo jádře. Například glukokortikoidní receptory tvoří komplex s chaperonem v cytosolu, který brání receptoru ve vazbě na molekulu DNA.
Interakce hormonu s vazebným centrem v C-koncové oblasti receptorového polypeptidového řetězce způsobuje konformační změny a uvolnění receptoru z chaperonu. Dvě molekuly receptoru se spojí a vytvoří homodimer. Receptorový dimer rozpoznává specifickou nukleotidovou sekvenci, která se nachází v promotorové oblasti genu. Interakce se specifickou oblastí DNA HRE (z angličtiny, prvek hormonální odezvy, element hormonální odezvy) poskytuje centrální doménu receptoru
Přenos hormonálních signálů přes intracelulární receptory (receptory steroidních hormonů mohou být umístěny v cytoplazmě a jádře).
Centrální doména receptoru obsahuje aminokyselinovou sekvenci, která tvoří 2 „zinkové prsty“. V každém zinkovém prstu je atom zinku spojen se 4 cysteinovými zbytky.
Struktura jednoho zinkového prstu obsahuje aminokyselinovou sekvenci zodpovědnou za vazbu k DNA a druhý zinkový prst obsahuje aminokyselinovou sekvenci zapojenou do dimerizace receptoru. Interakce komplexu hormon-receptor se specifickou nukleotidovou sekvencí v promotorové části DNA vede k aktivaci transkripce.
Receptory hormonů štítné žlázy jsou vždy spojeny s DNA. V nepřítomnosti hormonů inhibují odpovídající receptory genovou expresi. Naopak, interakce s hormonem je promění v aktivátory transkripce.
Regulace aktivity receptorů steroidních hormonů. 1 - v nepřítomnosti hormonu tvoří receptor přes doménu vázající hormon komplex s chaperonem, který zabraňuje navázání receptoru na molekulu DNA; 2 - za přítomnosti hormonu se z chaperonu uvolní receptor, vytvoří se receptorový dimer, který se naváže na molekulu DNA a způsobí aktivaci transkripce.
Struktura centrální domény steroidního hormonu. 1 - aminokyselinové zbytky podílející se na vazbě DNA; 2 - oblast dimerizace. Centrální doména vázající DNA obsahuje 2 zinkové prsty. Atomy zinku jsou spojeny s aminokyselinovou sekvencí prostřednictvím cysteinových zbytků. Funkční oblasti 1 a 2 jsou zodpovědné za vazbu DNA a dimerizaci receptoru.
3. Přenos signálů přes receptory,napojený na iontové kanály
Receptory spojené s iontovým kanálem jsou integrální membránové proteiny sestávající z několika podjednotek. Působí současně jako iontové kanály a jako receptory, které jsou schopny specificky vázat efektor zvenčí, který mění jejich iontovou vodivost. Efektory tohoto typu mohou být hormony a neurotransmitery.
Receptory jsou známé pro řadu hormonů spojených s iontovými kanály a většinou mediátorů, mezi nimiž je nejvíce prozkoumaný acetylcholinový receptor. Acetylcholinový receptor se skládá z pěti podjednotek ve tvaru válce umístěných v membráně paralelně k sobě: α 2, β, γ, δ. Mezi nimi podél osy válců je kanál naplněný molekulami vody. Každá receptorová podjednotka se skládá z velkého počtu hydrofobních aminokyselinových zbytků. Všechny podjednotky navíc obsahují jeden helikální transmembránový fragment, jehož aminokyselinové radikály (polární nenabité aminokyselinové zbytky, hlavně serin a threonin) lemují centrální kanál receptoru zevnitř. Leucinové zbytky jsou lokalizovány ve střední části podjednotek směrem ke kanálu. V přítomnosti acetylcholinu udržují laterální interakce mezi podjednotkami kanál otevřený a umožňují transport iontů. V nepřítomnosti acetylcholinu se v důsledku změny orientace podjednotek vůči sobě kanál uzavře, protože leucinové zbytky vyčnívající do kanálu tvoří těsný hydrofobní kruh, který blokuje pohyb hydratovaných iontů v této oblasti. :
Schéma struktury acetylcholinového receptoru. A - uzavřený receptorový kanál v nepřítomnosti acetylcholinu; B - otevřený receptorový kanál v přítomnosti acetylcholinu. Transmembránové helikální oblasti všech 5 podjednotek obsahují polární nenabité aminokyselinové radikály; hydrofobní leucinové (L) zbytky, umístěné uprostřed každé spirálové hydrofilní oblasti, vyčnívají do centrální části kanálu a zabraňují pohybu iontů.
HORMONY DŘENĚ NADLEDVIN, ŠTÍTNY, PŘÍŠTNÍCH TĚLO A Slinivky břišní.
HORMONY DŘENĚ NADLEDVIN
Katecholaminy
Struktura
Jsou to deriváty aminokyseliny tyrosinu.
Syntéza
Provádí se v buňkách dřeně nadledvin (80 % veškerého adrenalinu), k syntéze norepinefrinu (80 %) dochází také v nervových synapsích.
Reakce syntézy katecholaminů
Regulace syntézy a sekrece
aktivovat: stimulace splanchnického nervu, stres.
Snížit: hormony štítné žlázy.
Mechanismus působení
Mechanismus účinku hormonů se liší v závislosti na receptoru. Konečný účinek hormonů závisí na převaze typu receptorů na buňce a koncentraci hormonu v krvi. Například v tukové tkáni kdy nízký koncentrace adrenalinu jsou aktivnější α 2 -adrenergní receptory, s zvýšené koncentrace (stres) – stimulují se β 1 -, β 2 -, β 3 -adrenergní receptory.
Mechanismus adenylátcyklázy
při aktivaci α2-adrenergních receptorů je inhibována adenylátcykláza,
když jsou aktivovány β 1 - a β 2 -adrenergní receptory, aktivuje se adenylátcykláza.
Vápno-fosfolipidový mechanismus
po stimulaci α 1 -adrenergních receptorů.
Cíle a efekty
Při vzrušení α 1 -adrenoreceptory(játra, kardiovaskulární a genitourinární systém):
aktivaceglykogenolýza,
kontrakce hladkých svalů krevních cév a genitourinárního systému.
Při vzrušení α 2 -adrenoreceptory(tuková tkáň, slinivka, ledviny):
potlačenílipolýza(snížená stimulace TAG lipázy),
potlačení sekrece inzulín a sekrece renina.
Při vzrušení β 1 -adrenoreceptory(k dispozici ve všech látkách):
aktivace lipolýza,
zvýšení síly a frekvence kontrakcí myokardu.
Při vzrušení β 2 -adrenoreceptory(k dispozici ve všech látkách):
stimulaceglykogenolýza v játrech a svalech a glukoneogeneze v játrech,
relaxace hladkých svalů průdušek, krevních cév, urogenitálního systému a gastrointestinálního traktu.
Obecně jsou zodpovědné katecholaminy biochemický adaptační reakce na akutní stres spojený se svalovou aktivitou - " boj nebo útěk":
získat lipolýza a produkci mastných kyselin v tukové tkáni pro svalovou činnost,
hyperglykémie kvůli glukoneogeneze A glykogenolýza v játrech ke zvýšení stability centrálního nervového systému,
stimulace glykogenolýza ve svalech,
aktivace proteolýza v lymfoidní tkáni k zajištění glukoneogeneze se substrátem (aminokyselinami),
snížení anabolických procesů prostřednictvím snížení sekrece inzulínu.
Adaptace je také vidět v fyziologický reakce:
mozek– zvýšený průtok krve a stimulace metabolismu glukózy,
svaly- zvýšená kontraktilita,
kardiovaskulárního systému- zvýšení síly a frekvence kontrakcí myokardu,
plíce– rozšíření průdušek, lepší ventilace a spotřeba kyslíku,
kůže– snížený průtok krve.
Patologie
Hyperfunkce
Nádor dřeně nadledvin feochromocytom. Diagnostikuje se až po projevení hypertenze a léčí se odstraněním nádoru.
Nebo transmembránové iontové proudy.
Látka, která se specificky váže na receptor, se nazývá ligand pro tento receptor. Uvnitř těla se obvykle jedná o hormon nebo neurotransmiter nebo jejich umělé náhražky používané jako léky a jedy (agonisté). Některé ligandy naopak blokují receptory (antagonisty). Pokud jde o smysly, ligandy jsou látky, které působí na receptory čichu nebo chuti. Molekuly zrakových receptorů navíc reagují na světlo a v orgánech sluchu a hmatu jsou receptory citlivé na mechanické vlivy (tlak nebo natahování) způsobené vibracemi vzduchu a dalšími podněty. Existují také termosenzitivní receptorové proteiny a receptorové proteiny, které reagují na změny membránového potenciálu.
Encyklopedický YouTube
-
1 / 5
Buněčné receptory lze rozdělit do dvou hlavních tříd – membránové receptory a intracelulární receptory.
Membránové receptory
Funkcí „antén“ je rozpoznat vnější signály. Rozpoznávací oblasti dvou sousedních buněk mohou zajistit buněčnou adhezi vzájemnou vazbou. To umožňuje buňkám orientovat se a vytvářet tkáně během procesu diferenciace. Rozpoznávací místa jsou také přítomna v některých molekulách, které jsou v roztoku, díky čemuž jsou selektivně přijímány buňkami, které mají komplementární rozpoznávací místa (například LDL je vychytáván LDL receptory).
Dvě hlavní třídy membránových receptorů jsou metabotropní receptory a ionotropní receptory.
Ionotropní receptory jsou membránové kanály, které se otevírají nebo uzavírají po navázání na ligand. Výsledné iontové proudy způsobují změny v transmembránovém potenciálovém rozdílu a v důsledku toho i excitabilitu buněk a také mění intracelulární koncentrace iontů, což může sekundárně vést k aktivaci intracelulárních mediátorových systémů. Jedním z nejvíce prostudovaných ionotropních receptorů je n-cholinergní receptor.
Metabotropní receptory jsou spojeny se systémy intracelulárních poslů. Změny jejich konformace po vazbě na ligand vedou ke spuštění kaskády biochemických reakcí a v konečném důsledku ke změně funkčního stavu buňky. Hlavní typy membránových receptorů:
- Heterotrimerní receptory spřažené s G proteinem (např. vazopresinový receptor).
- Receptory s intrinsickou tyrosinkinázovou aktivitou (například receptor inzulínu nebo receptor epidermálního růstového faktoru).
Receptory spřažené s G proteinem jsou transmembránové proteiny, které mají 7 transmembránových domén, extracelulární N konec a intracelulární C konec. Vazebné místo ligandu se nachází na extracelulárních smyčkách, vazebná doména G proteinu se nachází v blízkosti C-konce v cytoplazmě.
Aktivace receptoru způsobí, že jeho α-podjednotka disociuje z komplexu βγ-podjednotky a tím se aktivuje. Poté buď aktivuje, nebo naopak inaktivuje enzym, který produkuje druhé posly.
Receptory s tyrosinkinázovou aktivitou fosforylují následné intracelulární proteiny, často také proteinkinázy, a přenášejí tak signál do buňky. Strukturálně se jedná o transmembránové proteiny s jednou membránovou doménou. Zpravidla homodimery, jejichž podjednotky jsou spojeny disulfidovými můstky.
Intracelulární receptory
Intracelulární receptory jsou obvykle transkripční faktory (například glukokortikoidní receptory) nebo proteiny, které interagují s transkripčními faktory. Většina intracelulárních receptorů se váže na ligandy v cytoplazmě, stává se aktivní, je transportována spolu s ligandem do buněčného jádra, kde se váže na DNA a buď indukuje nebo potlačuje expresi určitého genu nebo skupiny genů.
Oxid dusnatý (NO) má zvláštní mechanismus účinku. Tento hormon, který proniká membránou, se váže na rozpustnou (cytosolovou) guanylátcyklázu, což je jak receptor pro oxid dusnatý, tak enzym, který syntetizuje druhého posla, cGMP.Základní systémy intracelulárního přenosu hormonálních signálů
Adenylátcyklázový systém
Centrální částí systému adenylátcyklázy je enzym adenylátcykláza, který katalyzuje přeměnu ATP na cAMP. Tento enzym může být buď stimulován proteinem G s (z anglického stimulating), nebo inhibován proteinem G i (z anglického inhibitoring). cAMP se poté váže na cAMP-dependentní proteinkinázu, také nazývanou proteinkináza A, PKA. To vede k jeho aktivaci a následné fosforylaci efektorových proteinů, které plní v buňce nějakou fyziologickou roli.
Systém fosfolipáza-vápník
Proteiny G q aktivují enzym fosfolipázu C, který štěpí PIP2 (membránový fosfoinositol) na dvě molekuly: inositol-3-fosfát (IP3) a diacylglycerid. Každá z těchto molekul je druhým poslem. IP3 se dále váže na své receptory na membráně endoplazmatického retikula, což vede k uvolnění vápníku do cytoplazmy a ke spuštění mnoha buněčných reakcí.
Systém guanylátcyklázy
Centrální molekulou tohoto systému je guanylátcykláza, která katalyzuje přeměnu GTP na cGMP. cGMP moduluje aktivitu řady enzymů a iontových kanálů. Existuje několik izoforem guanylátcyklázy. Jeden z nich je aktivován oxidem dusnatým NO, druhý je přímo spojen s receptorem atriálního natriuretického faktoru.
cGMP řídí výměnu vody a transport iontů v ledvinách a střevech a slouží jako relaxační signál v srdečním svalu.
Farmakologie receptorů
Receptory jsou zpravidla schopny vázat se nejen na hlavní endogenní ligandy, ale i na další strukturně podobné molekuly. Tato skutečnost umožňuje využití exogenních látek, které se vážou na receptory a mění svůj stav jako drogy nebo jedy.
Například receptory pro endorfiny, neuropeptidy, které hrají důležitou roli v modulaci bolesti a emočního stavu, se také vážou na léky z morfinové skupiny. Receptor může mít kromě hlavního místa neboli „místa“ vazby na hormon nebo mediátor specifický pro tento receptor také další alosterická regulační místa, na která se vážou jiné chemické látky, které modulují (mění) odpověď receptoru na hlavní hormonální signál - jeho zesílení nebo zeslabení nebo nahrazení hlavního signálu. Klasickým příkladem takového receptoru s více vazebnými místy pro různé látky je receptor gama-aminomáselné kyseliny podtypu A (GABA). Kromě samotného vazebného místa pro GABA má také vazebné místo pro benzodiazepiny („benzodiazepinové místo“), vazebné místo pro barbituráty („barbiturátové místo“) a vazebné místo pro neurosteroidy, jako je alopregnenolon („steroidní místo“). “).
Mnoho typů receptorů dokáže rozpoznat několik různých chemických látek se stejným vazebným místem a v závislosti na konkrétní připojené látce mohou být ve více než dvou prostorových konfiguracích – nejen „zapnuto“ (hormon na receptoru) nebo „vypnuto“ (žádný hormon na receptoru)) a také v několika intermediálních.
Látka, která se 100% pravděpodobností způsobí, že se receptor po navázání na receptor přepne do „100% zapnuté“ konfigurace, se nazývá úplný agonista receptoru. Látka, která se 100% pravděpodobností po navázání na receptor způsobí jeho přepnutí do konfigurace „100% off“, se nazývá inverzní agonista receptoru. Látka, která způsobí přechod receptoru do jedné ze středních konfigurací nebo způsobí změnu stavu receptoru ne se 100% pravděpodobností (to znamená, že některé receptory se po navázání na tuto látku zapnou nebo vypnou, ale některé nebude), se nazývá částečný agonista receptoru. V souvislosti s takovými látkami se také používá termín agonista-antagonista. Látka, která po navázání nemění stav receptoru a pouze pasivně brání navázání hormonu nebo mediátoru na receptor, se nazývá kompetitivní antagonista, neboli blokátor receptoru (antagonismus není založen na vypnutí receptoru, ale na blokaci vazba jeho přirozeného ligandu na receptor).
Zpravidla platí, že pokud má nějaká exogenní látka receptory uvnitř těla, pak má tělo pro tento receptor také endogenní ligandy. Například endogenní ligandy benzodiazepinu
Nějaký hormony, včetně adrenálních a gonadálních steroidů, hormonů štítné žlázy, retinoidních hormonů a vitaminu D, se vážou na proteinové receptory primárně v buňce spíše než na jejím povrchu. Tyto hormony jsou rozpustné v tucích, takže snadno pronikají membránou a interagují s receptory v cytoplazmě nebo jádře. Aktivovaný komplex hormon-receptor interaguje se specifickou sekvencí regulátoru (promotoru) v DNA nazývanou prvek hormonální odezvy.
Aktivuje se tedy popř potlačuje transkripci specifických genů a tvorbu messenger RNA, proto se v ní několik minut, hodin a dokonce dní po vstupu hormonu do buňky objevují nově vytvořené proteiny a stávají se regulátory nových nebo změněných funkcí buněk.
Mnoho látek má totožné intracelulární hormonální receptory geny regulované těmito receptory jsou však odlišné. Intracelulární receptory mohou aktivovat genovou odpověď pouze tehdy, pokud jsou v buňce přítomny vhodné kombinace genových regulačních proteinů. Mnoho z těchto proteinových regulačních komplexů má své vlastní charakteristiky v různých tkáních, takže odpověď různých tkání je určena nejen specificitou receptorů, ale také geny, které jsou prostřednictvím těchto receptorů regulovány.
Sekundární poslové mechanismy
Již dříve jsme zaznamenali jeden z způsoby, jehož prostřednictvím hormony způsobují buněčné reakce a stimulují tvorbu druhého posla cAMP uvnitř buňky. Pak se cAMP stává příčinou spouštění postupných intracelulárních odpovědí na působení hormonu. Přímým účinkem hormonu na buňku je tedy aktivace indukujícího receptoru na membráně a sekundární poslové zajišťují zbývající reakce.
tábor není jediným druhým poslem používaným hormony. Existují dva další, důležitější mediátory: (1) ionty vápníku konjugované s kalmodulinem; (2) fragmenty fosfolipidové membrány.
Přistoupení hormon k receptoru umožňuje druhému interakci s G proteinem. Pokud G protein aktivuje systém adenylát cykláza-cAMP, nazývá se Gs protein, což ukazuje na stimulační roli G proteinu. Stimulace adenylátcyklázy, vázané na enzymovou membránu prostřednictvím proteinu Gs, katalyzuje přeměnu malého množství adenosintrifosfátu přítomného v cytoplazmě na cAMP uvnitř buňky.
Další fáze zprostředkované aktivace cAMP-dependentní proteinkinázy, která fosforyluje specifické proteiny v buňce, spouští biochemické reakce, což zaručuje odpověď buňky na působení hormonu.
Jakmile tábor vzniká v buňce, to zajišťuje sekvenční aktivaci řady enzymů, tzn. kaskádová reakce. První aktivovaný enzym tedy aktivuje druhý, který aktivuje třetí. Účelem tohoto mechanismu je, že malý počet molekul aktivovaných adenylátcyklázou může aktivovat mnohem více molekul v dalším kroku kaskádové reakce, což je způsob zesílení odpovědi.
Nakonec i díky tomu mechanismus nevýznamné množství hormonu působícího na povrch buněčné membrány spouští mohutnou kaskádu aktivačních reakcí.
Pokud hormon interaguje s receptor, spojený s inhibičním G-proteinem (Gi-protein), to snižuje tvorbu cAMP a v důsledku toho snižuje buněčnou aktivitu. V důsledku toho, v závislosti na interakci hormonu s receptorem spojeným s aktivačním nebo inhibičním G-proteinem, může hormon buď zvýšit nebo snížit koncentraci cAMP a fosforylaci klíčových buněčných proteinů.
Specifičnost účinek pozorované v reakci na zvýšení nebo snížení cAMP v různých buňkách závisí na povaze intracelulárních mechanismů: některé buňky mají jednu sadu enzymů, jiné jinou. V tomto ohledu jsou reakce způsobené v cílových buňkách různé. Například zahájení syntézy specifických chemických sloučenin způsobuje svalovou kontrakci nebo relaxaci nebo sekreční procesy v buňkách nebo změny v permeabilitě membrány.
Buňky štítné žlázy, aktivované cAMP, tvoří metabolické hormony - tyroxin nebo trijodtyronin, zatímco stejný cAMP v buňkách nadledvin vede k syntéze steroidních hormonů kůry nadledvin. V buňkách tubulárního aparátu ledvin cAMP zvyšuje propustnost pro vodu.
Funkce receptoru je nejdůležitější schopností buňky adekvátně reagovat na signály z vnějšího i vnitřního prostředí, což jí umožňuje přizpůsobit se měnícím se životním podmínkám.
Signály- jedná se o různé látky nebo druhy energie, které předávají buňce určité informace. Signály mohou být:
Chemické - hormony, mediátory, růstové faktory, cytokiny atd.; látky, které jsou zapáchající nebo mají jinou chuť;
Fyzikální - světlo, zvuk, teplota, tlak, elektrické potenciály;
Fyzikálně-chemický - osmotický tlak, napětí O 2 nebo CO 2;
Komplex.
Buněčné receptory- jedná se o geneticky podmíněné makromolekuly, lokalizované v různých oblastech buňky a specializované na vnímání biologicky významných specifických signálů chemické a fyzikální povahy. Receptorová struktura se skládá ze 3 domén:
1) extramembránový - zajišťuje vazbu na signální látku - ligand;
2) transmembránový - nese signál, schopný transformace;
3) cytoplazmatická - zajišťuje intracelulární procesy - odpověď na signál.
Buněčné receptory jsou rozděleny do 2 skupin:
plazmatické membránové receptory;
Intracelulární receptory - cytoplazmatické a jaderné.
Receptory plazmatické membrány umístěné na povrchu plazmatické membrány a jsou schopny vysoce specifické vazby na ligandy. Chemickou povahou se jedná převážně o glykoproteiny.
Receptory plní následující funkce:
1) regulovat permeabilitu plazmalemy, měnit konformaci proteinů a iontových kanálů;
2) regulovat vstup určitých molekul do buňky;
3) působí jako senzory převádějící extracelulární signály na intracelulární;
4) spojit molekuly extracelulární matrix s cytoskeletem; tyto receptory se nazývají integriny, zajišťují tvorbu kontaktů mezi buňkami a buňkou a mezibuněčnou látkou.
Plazmatické membránové receptory lze rozdělit do 5 rodin:
- kanálově asociované receptory interagují s ligandem - neurotransmiterem, který dočasně otevírá nebo zavírá hradlový mechanismus, v důsledku čehož začíná nebo je blokován transport iontů kanálem. Receptory tvořící kanál se skládají z přidružených proteinových podjednotek, které specificky umožňují průchod iontů. Kyselina glutamová, kyselina y-aminomáselná, glycin, cyklické mononukleotidy (cAMP, cGMP) interagují s těmito receptory;
- katalytické receptory zahrnují extracelulární část (samotný receptor, který vnímá signál) a cytoplazmatickou část, která funguje jako proteinkináza. Informace ze signální molekuly spouští v buňce kaskádu biochemických změn, jejichž výsledkem je specifická fyziologická odpověď. Takové receptory jsou ovlivněny inzulínem, epidermálními a destičkovými růstovými faktory a nervovým růstovým faktorem.
- receptory spojené s G proteinem jsou transmembránové proteiny spojené s iontovým kanálem nebo enzymem. Jedná se o celý komplex molekul, který zahrnuje:
1) samotný receptor interagující se signální molekulou (první posel) je integrální protein, který 7krát prochází plazmalemou, intracelulární smyčky těchto receptorů obsahují vazebná centra G-proteinu (například β-adrenergní receptor);
2) G-protein (regulační protein vázající guanosintrifosfát, skládající se z několika složek), který přenáší signál do membránově vázaného enzymu (adenylátcyklázy) nebo iontového kanálu, načež je aktivován;
3) druhý intracelulární posel - nejčastěji cyklický AMP nebo GMP (cAMP, gAMP) nebo Ca 2+.
Účinky 80 % neurotransmiterů a peptidových hormonů jsou realizovány prostřednictvím takových receptorů;
- imunoglobulinové receptory- Jedná se o imunoglobulinové receptory na povrchu makrofágů a imunokompetentních buněk, zajišťující rozpoznání všeho cizího a imunitní odpověď organismu.
- integriny- buněčné adhezní molekuly - transmembránové proteiny, které slouží jako receptory pro extracelulární fibrilární makromolekuly - fibronektin a laminin. Fibronektin se váže na buňky a molekuly extracelulární matrix (kolagen, heparin, fibrin). Fibronektin působí jako adhezivní můstek mezi buňkou a mezibuněčnou látkou. Intracelulární část integrinu je připojena přes další proteiny (vinkulin, talin, α-aktinin) k cytoskeletu.
Receptory plazmalemy tedy vnímají různé signály, které v případě potřeby mění metabolismus v buňce, iniciují a regulují kontrakce, buněčnou sekreci a modulují elektrický potenciál na povrchu membrány.
Intracelulární receptory. Intracelulární receptory jsou proteiny, které regulují genovou aktivitu buňky. Jsou umístěny:
V cytoplazmě a v membráně organel. Cytoplazmatické receptory se nacházejí pro steroidní hormony, například gluko- a mineralokortikoidy, androgeny a progesteron. Mitochondrie mají receptory pro hormony štítné žlázy;
V jádře jsou jaderné receptory pro hormony štítné žlázy, receptory pro estrogen, vitamín D a kyselinu retinovou.
Receptory pro steroidní hormony mají 3 domény (části):
1) vazba hormonů - pro interakci s ligandem;
2) DNA-vazba;
3) doména aktivující transkripci.
Signální molekuly pro takové receptory jsou hydrofobní a volně difundují plazmalemou, poté se vážou na intracelulární receptorové proteiny. Poté se změní konformace proteinu, dojde k jeho aktivaci a zvýší se jeho afinita k DNA. Takové komplexy hormon-receptor se vážou na specifické geny v jádře a regulací jejich exprese zajišťují biosyntézu řady enzymů, které mění funkční stav buňky.
TÉMA 5
MEZIBUNĚČNÉ SPOJENÍ, TYPY A STRUKTURY
FUNKČNÍ KLASIFIKACE
Mezibuněčná spojení jsou speciální struktury, které spolu s plazmalemou zajišťují interakci mezi buňkami. Mezibuněčné kontakty zajišťuje glykokalyx a s ním spojené proteiny. Mezibuněčná spojení lze rozdělit do 2 hlavních typů:
1. Mechanická spojení - zajišťují mechanické spojení mezi články navzájem. Patří sem jednoduché a složité sloučeniny: těsné spojení (tight junction), desmozomy, interdigitace.
2. Komunikační spojení – zajišťují chemickou komunikaci mezi buňkami. Patří mezi ně mezerové spoje.
Mechanické spoje
I. Jednoduché mezibuněčné spojení- přiblížení plazmatických membrán sousedních buněk na vzdálenost 15–20 nm. Glykoproteiny sousedních buněk jsou přitom specifické a navzájem se „rozpoznají“, to znamená, že jsou to receptory (kadheriny, integriny). Předpokladem pro spojení je přítomnost Ca 2+ iontů. Například E-kadheriny zprostředkovávají spojení epiteliálních buněk podél celé kontaktní plochy (obrázek 3).
Obrázek 3 - Jednoduché mezibuněčné spojení (schéma):
Podobné články
