Интегративная биохимия. Регуляция метаболизма: Курс лекций

«Сибирский государственный медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации ИНТЕГРАТИВНАЯ БИОХИМИЯ. РЕГУЛЯЦИЯ МЕТАБОЛИЗМА ТОМСК Издательство СибГМУ 2017 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... Под интеграцией метаболизма (метаболических путей) подразумевают скоординированность (согласованность) всех реакций обмена, которая обеспечивает максимальное удовлетворение потребностей целостного организма, что позволяет ему функционировать оптималь... 6. Общие представления о мембранных (поверхностных) и внутриклеточных рецепторах и свойства их лигандов. 3. Регуляторная функция – контроль обмена молекулами между внутри- и внеклеточным пространствами. 4. Передача внеклеточного сигнала внутрь клетки посредством рецепторов и активная роль в межклеточной коммуникации. 5. Участие в метаболизме за счет локализованных в мембране различных ферментов. 6. Электрогенная функция – формирование электрического потенциала за счет перераспределения ионов К+ и Na+ (мембранный потенциал нервных клеток составляет 90 мВ). 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 видос... Согласованная работа всех систем цитоплазматической мембраны (рецепторов, ферментов, молекул-переносчиков и др.) абсолютно необходима для сохранения клеточного гомеостаза. 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 кл... 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. Мембранные (поверхностные) и внутриклеточные рецепторы Все рецепторы на основании их локализации можно разделить на две группы: Группа 1: Мембранные или поверхностные рецепторы. Эти рецепторы встроены в цитоплазматическую мембрану клеток-мишеней и являются интегральными белками. Лигандами для таких рецепторов являются гидрофильные, несущие электрический заряд полярные молекулы. Группа 2: Внутриклеточные рецепторы. Лигандами для этих рецепторов являются небольшие липофильные, неполярные молекулы. 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 участво... Сигнальная молекула (лиганд, первичный мессенджер) обратимо связывается с рецептором с помощью слабых нековалентных связей: водородные связи, гидрофобные и электростатические взаимодействия. Позже этот комплекс диссоциирует. Эти явления имеют много об... 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 к... 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 ... 7. Сигнализация, опосредуемая рецепторами. Основы кинетики взаимодействия лигандов (первичных мессенджеров) с рецептором. 8. Представления о константе диссоциации (KD) и полумаксимальном метаболическом эффекте (ЕС50). 9. Два способа передачи сигнала от активированного лигандом рецептора на внутриклеточную исполнительную молекулу. В рамках современных представлений о сигнальной трансдукции выделяют следующие ключевые понятия:  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.  Лиганд (фактически синоним термина «сигнальная молекула») – не что иное, как сигнальная молекула, способная с высоким сродством взаимодействовать с собственным специфическим рецептором клетки.  Клетка-мишень – клетка, имеющая специфический рецептор для данной сигнальной молекулы (лиганда). 1. Распознавание сигнала специфическим рецептором клетки-мишени. 2. Трансдукция регуляторного сигнала во внутреннее пространство клетки, сочетающееся с его усилением. 3. Восприятие регуляторного сигнала молекулой-мишенью, приводящее к соответствующим перестройкам её метаболизма. 4. Удаление («выключение») регуляторного сигнала сразу после реализации метаболического эффекта. 5. Следует помнить, что интеграция метаболических процессов достигается благодаря тому, что регуляторные сигналы способны распространяться (передаваться) по разным направлениям. 1. Направление сигнала: снаружи – внутрь. Связывание лиганда со специфическим рецептором приводит к изменению активности метаболических путей, перестройке клеточного скелета, изменению миграции клетки, активизации пролиферации и т. д. Большинство сигн... 2. Направление сигнала: изнутри – кнаружи. Внутриклеточные метаболические процессы могут, в свою очередь, влиять на аффинность мембранных рецепторов по отношению к их лигандам либо изменять паттерн (комплект) экспрессии мембранных рецепторов. В послед... 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 ци... 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 приво... 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. Внеклеточные сигнальные молекулы воздействуют на клетки-мишени как на коротких, так и длинных дистанциях. Короткие дистанции:  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;  аутокринная сигнализация – передача сигнальной молекулы самой себе посредством рецепторов к этой молекуле, которые клетка несёт на своей собственной поверхности. Длинные дистанции:  эндокринная сигнализация, при которой химический сигнал (лиганд) синтезируется в специализированных клетках эндокринных желез, секретируется в кровоток и током крови доставляется к клеткам-мишеням. Согласно данной концепции, сигнальные молекулы, действующие на клетку извне, называют первичными мессенджерами. Они действуют во внеклеточном пространстве и внутрь клеток не проникают. 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 ... Сигнализация, опосредуемая рецепторами 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 соответ... Обратная регуляция сигнала, получаемого через рецепторы Клетка, потерявшая способность «отключать» регуляторный сигнал после достижения эффекта, неизбежно погибает вследствие полной разбалансировки метаболизма. Известны три основных механизма инактивации («выключения») сигнала. Во-первых, поглощение клеткой комплекса лиганд-рецептор путем эндоцитоза. Это наиболее распространенный механизм. 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 тр... В-третьих, внутриклеточное разрушение эффекторной молекулы или молекул-активаторов. Основы кинетики взаимодействия лигандов (первичных мессенджеров) с рецептором 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 вр... 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 э... 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 кишечный... Рис. 73. Структура молекулы циклического-3’,5’-гуанозин монофосфата (цГМФ) 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 гидр... Рис. 74. Образование диацилглицерола и инозитолтрисфосфата с участием фосфолипазы С В молекуле ФИФ2 выделен углеродный «скелет» глицерола 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-чувствительны... 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, локал... 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 С... Рис. 75. Роль кальмодулина (СаМ) в активации кальмодулин- зависимой протеинкиназы 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 с... 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-фосфат... а) прямо, непосредственно связываясь cо специфическими сайтами в составе молекул протеинкиназ, образующих определенное семейство, представителем которого является протеинкиназа С; 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: к с... 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 энергие... 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+... 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 ... Рис. 76. Зависимость частоты флуктуации концентрации ионов Са2+ в цитоплазме и величины биологического эффекта, вызываемого ионами Са2+, от концентрации гормона На маленьких графиках показано увеличение частоты флуктуаций внутриклеточной концентрации ионов Са2+. 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.... NO образуется в результате окисления аргинина, катализируемого уникальным ферментом – NO-синтазой. NO-синтаза существует в трех изоформах: две формы конститутивные – еNOS (эндотелий сосудов) и nNOS (нервная система) – и одна – индуцибельная (iNOS). По... Два основных способа передачи сигнала от активированного лигандом рецептора на внутриклеточную исполнительную молекулу 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 к... Основные функции фосфорилирования в процессе передачи регуляторного сигнала: 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. 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 бел... Роль дефосфорилирования Как киназы специфичны для определенных аминокислот, так и специфичны протеинфосфатазы: тирозиновые фосфатазы и серин-треониновые фосфатазы. Как правило, специфичность фосфатаз менее выражена, чем у протеинкиназ. 2. Передача регуляторного сигнала через ГТФ-связывающие белки: гетеротримерные G-белки и мономерный белок Ras (от Rat sarcoma). Оба белка активны, когда они связаны с ГТФ, и неактивны, когда связаны с ГДФ. Само название (G-белки) произошло от guanine ... 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, сопряж... 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». 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 ГТФазной... Представителями этого семейства белков являются: Ras – участвует в стимуляции роста и дифференциации клетки; Rho – необходим для формирования активного цитоскелета; Rab – обеспечивает транспорт эндоцитозных пузырьков в клетке; ARF – формирование эндоц... 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 рец... Примеры белков-посредников, содержащих SH2- и SH3-домены 1. Белки-посредники с каталитической активностью: 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 опре... 1. Рецепторы, сопряженные с G-белками (G protein-coupled receptors – GPCR), или семиспиральные рецепторы. 1. Два сигнальных пути, запускаемые активацией GPCR: путь цАМФ и путь, опосредованный фосфоинозитоловой системой вторичных мессенджеров. 4. Строение и активация цАМФ-зависимой протеинкиназы А, белки, заякоривающие протеинкиназу А (АКАР), и цАМФ-зависимая регуляция транскрипции генов. 7. Путь передачи регуляторного сигнала, опосредованный фосфоинозитоловой системой вторичных мессенджеров. 13. Механизмы прекращения передачи сигнала по пути, опосредованному фосфоинозитоловой системой вторичных мессенджеров. 2. путь передачи регуляторного сигнала, опосредованный Са2+/фосфоинозитоловой системой вторичных мессенджеров. 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 ... 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 ... 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 друг... цАМФ-зависимая регуляция транскрипции генов Путь передачи регуляторного сигнала, опосредованный фосфоинозитоловой системой вторичных мессенджеров Сигнальный путь фосфатидилигозитола/Са2+ является вторым направлением передачи регуляторного сигнала внутрь клетки от гормонов, действующих посредством рецепторов, сопряженных с G-белком (GPCR). 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: ФЛазы С  и . Эти фосфолипазы специфичны ... Рис. 89. Механизм активации ФЛазы С посредством Gq-ГТФ субъединицы гетеротримерного G-белка и точки действия различных типов фосфолипаз В результате воздействия ФЛазы С на ФИФ2 образуются два продукта, каждый из которых является вторичным мессенджером (рис. 90): 1. Гидрофильный инозитол-1’4’5’-трифосфат (ИФ3). 2. Гидрофобный, остающийся в мембране 1,2-диацилглицерол (ДАГ). Рис. 90. Два продукта деятельности ФЛазы С: 1,2-диацилглицерол 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-управляем... Рис. 91. Схема инозитолтрифосфат-управляемого Кальциевого канала 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 акт... 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-зависимые... 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 ... 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 катал... Рис. 92. Схема активации протеинкиназы С Молекула ПКС существует в двух конформациях: неактивной и активной. При низких концентрациях ионов Ca2+ и в отсутствие ДАГ киназа находится в цитоплазме в растворимом состоянии и имеет неактивную конформацию. При этом псевдосубстратный домен связан с ... Рис. 93. Схема изменения конформации молекулы протеинкиназы С в результате присоединения ионов Са2+ и образования контакта с отрицательно заряженной головкой фосфатидилсерина клеточной мембраны. DAG – ДАГ (диацилглицерол) 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 учас... Обширное семейство ПКС делят на три подсемейства в зависимости от сходства первичной структуры (доменов) и способа активации (рис. 94): а) Классические формы ПКС (активируются ДАГ и ионами Са2+, нуждаются в фосфатидилсерине, активируются форболовыми эфирами). Изоформы:  б) Новые формы ПКС (активируются ДАГ, нуждаются в фосфатидилсерине, но независимы от ионов Са2+). Изоформы: . в) Атипичные формы ПКС (нуждаются в фосфатидилсерине, но не чувствительны к ДАГ и ионам Са2+). Изоформы. Рис. 94. Схема структуры трех подсемейств ПКС 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 обо... ФС – фосфатидилсерин. В одном типе клеток могут присутствовать разные подсемейства ПКС. Эти подсемейства киназы участвуют в широком круге процессов, лежащих в основе жизнедеятельности клетки: в клеточном делении (модуляция активации Ras-Raf-MAПК-сигнального пути, отвечающе... 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, кодирующих... 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 функцион... Рис. 95. Структура форбол-12-миристат-13-ацетата 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 медленн... Механизмы прекращения передачи сигнала по пути, опосредованному фосфоинозитоловой системой вторичных мессенджеров 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 безу... II. Дефосфорилирование эффекторных белков протеинкиназы С. Эти реакции катализируют специфические протеинфосфатазы. Многие эффекторные молекулы переходят в неактивную форму в результате их дефосфорилирования, и достигнутый эффект аннулируется. Заключение 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 определенн... 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 ... 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 плазматическо... Обширное семейство ПКС делят на три подсемейства в зависимости от сходства первичной структуры (доменов) и способа активации: – классические формы ПКС, включающие изоферменты  – новые формы ПКС, включающие изоферменты ; – атипичные формы ПКС, включающие изоферменты . В одном типе клеток могут присутствовать разные подсемейства ПКС, которые участвуют в разнообразных процессах, лежащих в основе жизнедеятельности клетки. 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 с... 3. Механизм активации белка Ras. 5. Механизмы «выключения» митогенной сигнализации. 8. Регуляция инсулином активности гликогенсинтазы в печени и мышцах. 9. Механизм обеспечения трансмембранной доставки глюкозы в инсулин-зависимые клетки. 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 ... 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 ти... В результате активации собственной тирозинкиназы в цитоплазматических доменах рецептора происходят два важных события: 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 кл... Рис. 96. Схема активации рецепторов, обладающих собственной тирозинкиназной активностью (рецепторных тирозиновых киназ) [Пальцев М.А. и др., 2003] б) Активная собственная тирозиновая протеинкиназа цитоплазматических доменов обеспечивает фосфорилирование остатков тирозина в составе специфических цитоплазматических белков – участников проведения регуляторного сигнала внутри клетки. 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 каскады... 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 ро... 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. 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 ... Структура и механизм активации белка Ras 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 ГДФ... 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 рецеп... 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. 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 прос... Сигнальный путь назван по имени последней (на схеме No 3) киназы: митоген-активируемой протеинкиназы (МАПК). МАПК (МАРК) является серин-треониновой протеинкиназой. МАРК непосредственно активируется с участием лежащей «выше по течению» тирозин-треонинов... Рис. 100. Схема сигнального пути митоген-активируемой протеинкиназы (МАПК) [Пальцев М.А. и др., 2003] Основные механизмы «выключения» митогенной сигнализации:  диссоциация комплекса лиганд-рецептор;  дефосфорилирование цитозольных доменов рецептора с участием внутриклеточных фосфопротеинфосфатаз;  фосфорилирование цитозольных доменов рецептора по остаткам серина и теронина с участием протеинкиназ А и С;  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. Сигнал от инсулина внутри клетки поступает: - к инсулин-чувствительным метаболическим ферментам; Строение рецептора инсулина и механизм его активации 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 реце... Рис. 103. Схема строения рецептора инсулина [Пальцев М.А. и др., 2003] В результате связывания инсулина с двумя -субъединицами рецептор активируется, что приводит к определенным конформационным