Pobierz Sygnalizacja międzykomórkowa i wewnątrzkomórkowa i więcej Prezentacje w PDF z Biologia medyczna tylko na Docsity!
Sygnalizacja międzykomórkowa
i
wewnątrzkomórkowa
Prof. dr hab. n. med. Małgorzata Milkiewicz Zakład Biologii Medycznej Receptor – cząsteczka chemiczna ( peptyd lub glikoproteina) zlokalizowana na powierzchni lub wewnątrz komórki zdolna do rozpoznania, odebrania i przetwarzania informacji niesionej przez informator (przekaźnik) pierwotny Agonista – ligand zdolny do swoistego wiązania receptora i jego aktywacji Antagonista – ligand zdolny do swoistego wiązania receptora pozbawiony jednak właściwości do jego aktywacji. ( np. propranolol – antagonista receptorów β2; stosowany w leczeniu nadciśnienie tętniczego i innych chorób układu krwionośnego)
Informator (przekaźnik) pierwotny – czynnik fizyczny lub chemiczny
będący nośnikiem informacji odebranej
przez komórkę.
Ligand - cząsteczka chemiczna zdolna do swoistego wiązania się z receptorem
Transdukcja – proces przeniesienia i przekształcania sygnału Komórki w organizmach wielokomórkowych używają setek różnych cząsteczek do przesyłania sygnałów między sobą komórka sygnalizująca → cząsteczka sygnałowa → komórka docelowa (przekaźnik pierwotny )
- komórka docelowa dysponuje białkiem receptorowym dla cząsteczki sygnałowej
- sygnał zewnątrzkomórkowy zostaje przekształcony w sygnał wewnątrzkomórkowy
- skutek - zmiana zachowania komórki Sygnalizacja komórkowa - odbieranie i przekształcanie sygnału Sygnalizacja międzykomórkowa
ENDOKRYNOWA
hormonalna
PARAKRYNOWA
NEURONALNA
KONTAKT BEZPOŚREDNI
AUTOKRYNOWA
- neurony mogą przesyłać wiadomości na duże odległości (akson łączący rdzeń kręgowy i duży palec stopy - długość 1 metr )
- bardzo szybki sygnał ( ~100 m/s)
- swoisty sygnał (akson neuronu łączy się z komórką docelową wyspecjalizowanym połączeniem (synapsą)
- sygnał elektryczny stymuluje uwolnienie cząsteczek sygnałowych – neuroprzekaźników ( zamiana impulsu elektrycznego w sygnał chemiczny) Komórka sygnalizująca
NEURONALNA
neuro n synapsa akson ciało komórki Komórka docelowa
Neuroprzekaźnik
- sygnalizacja pomiędzy komórkami sąsiadującymi
- inna nazwa: połączenia metaboliczne
- cząsteczki sygnałowe nie są uwalniane z komórki
- cząsteczki sygnałowe znajdują się w błonach komórkowych
- przykład: rozwój embrionalny
KONTAKT BEZPOŚREDNI
Komórka sygnalizująca Komórka docelowa Cząsteczka sygnałowa związana z błoną
komórka eksponowana jest na setki różnych cząsteczek sygnałowych komórka odpowiada selektywnie na powierzchni komórki jest zbiór różnych receptorów sygnały działające równocześnie modulują odpowiedź na inny sygnał PODZIAŁ PRZETRWANIE RÓŻNICOWANIE ŚMIERĆ Klasy cząsteczek sygnałowych hydrofobowa cząsteczka sygnałowa receptor wewnątrzkomórkowy
1. Małe hydrofobowe , swobodnie dyfundują przez błonę komórki docelowej,
i aktywują enzymy lub wiążą się z receptorem wewnątrzkomórkowym w
cytozolu lub w jądrze. (gaz tlenek azotu – NO; hormony steroidowe
- kortyzol, estradiol, testosteron ), hormony tarczycy ( tyroksyna )
CZĄSTECZA SYGNAŁOWA MIEJSCE POWSTANIA EFEKT Hormony Adrenalina nadnercza podwyższa ciśnienie, przyśpiesza akcję serca Glukagon trzustka stymuluje syntezę glukozy, oraz rozpad glikogenu Tyroksyna tarczyca stymuluje metabolizm kom. Mediatory lokalne Histamina kom. tuczne rozszerza naczynia krwionośne, zwiększa przepuszczalność Tlenek azotu kom. nerwowe rozkurcz kom. mięśni gładkich Naskórkowy czynnik różne kom stymuluje proliferacje wzrostu (EGF) Neuroprzekażniki Acetylocholina nerw pobudza przewodzenie w wielu synapsach Kwas γ aminomasłowy nerw neuroprzekaźnik hamujący ukł. nerwowy
Sygnalizacja wewnątrzkomórkowa
Wiele białek sygnalizacyjnych pełni funkcję przełączników molekularnych Białka aktywowane przez dodanie grupy fosforanowej Białka sygnalizacyjne wymieniają związane z nim GDP na GTP - aktywacja białka. Aktywność wyłączona przez hydrolizę GTP do GDP (A) Sygnalizacja przez fosforylację (^) (B) Sygnalizacja przez białko wiążące GTP wyłączenie włączenie wyłączenie włączenie kinaza (^) fosfataza wiązanie GTP aktywuje hydroliza GTP dezaktywuje ( 1 ) Wzrost poziomu określonego przekaźnika wtórnego w cytoplazmie powoduje aktywację zależnej od niego kinazy (lub kilku kinaz) ( 2 ) Aktywowane kinazy katalizują reakcję fosforylacji, tj. przyłączania anionu PO 42 -^ do różnych białek. (3) Proces fosforylacji powoduje zmianę właściwości białek i związane z tym przestrojenie procesów komórkowych np.
- białka enzymatyczne podlegają aktywacji lub dezaktywacji
- białka chromatyny zmieniają swoje powinowactwo do DNA
- tubulina zmniejsza swą zdolność do polimeryzacji Wiele białek sygnalizacyjnych pełni funkcję przełączników molekularnych
1. Receptory jonotropowe RECEPTOR JONOTROPOWY najprostszy model układu sygnalizacyjnego zarówno receptor jak i efektor są zintegrowane w jednym kompleksie białkowym kanały otwierane ligandem zewnątrzkomórkowy fragment kanału posiada zdolność rozpoznawania i wiązania ligandu, a związanie ligandu powoduje otwarcie całego kanału (odpowiedź komórki – przejście jonów Na+, K+, Ca 2+, Cl - ) większość receptorów dla neuroprzekaźników ( szybka reakcja )
Efektor tłumaczy informację o przyłączeniu się hormonu
do receptora na jeden z sygnałów “zrozumiałych” dla
komórki, który stanowi tzw. wtórny przekaźnik.
aktywacja receptora → białko G → efektor → wtórny przekaźnik
2. Receptory metabotropowe
2. Receptory metabotropowe RECEPTOR SPRZĘŻONE Z BIAŁKIEM G
- (^) 3.
- funkcja wiązania ligandu i stymulacja odpowiedzi komórki realizowane są przez oddzielne jednostki białkowe
- przekazanie sygnału wymaga udziału dodatkowego czynnika sprzęgającego, którym jest jedno z białek G.
- receptory należące do tej grupy są białkami wielokrotnie przebijającymi błonę,
- obszar cytoplazmatyczny receptora w wyniku związania ligandu po stronie przeciwnej, nabiera zdolności do reagowania z podjednostką α białka G. 2. Receptory metabotropowe RECEPTOR SPRZĘŻONE Z BIAŁKIEM G
Białka G
reprezentują grupę trójczłonowych (trimerycznych) białek wiążących GTP, zbudowane są z podjednostek alfa, beta oraz gamma. pod wpływem reakcji z receptorem podjednostka alfa białka G przyłącza GTP, co jest równoznaczne z jej aktywacją umożliwia jej odłączenie się od pozostałych dwóch podjednostek oraz reakcję z efektorem.
Wynikiem aktywacji efektora jest zmiana poziomu wtórnych przekaźników, do których należą: ( a ) cykliczny AMP ( cAMP ) wytwarzany z ATP przy udziale cyklazy adenylowej; (który następnie aktywuje kinazę białkową PKA) (b ) trójfosforan inozytolu ( IP3 ) oraz dwuacyloglicerol (DG), powstające równocześnie w wyniku działania fosfolipazy C na błonowy fosfatydyloinozytol; ( c ) jony Ca2+ , uwalniane z kalciosomów działaniem IP 3 ; ( funkcja receptorów zależnych od IP 3 jest silnie hamowana przez alkohol etylowy - efekt : zaburzenie koordynacji) Receptory metabotropowe (w wyniku powstania tych dwóch wtórnych przekaźników dochodzi do aktywacji kinazy białkowej C PKC) Efektorem receptorów sprzężonych z białkami G jest na przykład : ( a ) enzym cyklaza adenylowa ( b ) enzym fosfolipaza C ( c ) transbłonowy kanał dla jonów (np. Na+^ lub Ca2+).
Cykliczny AMP (cAMP) jest wewnątrzkomórkowym wtórnym przekaźnikiem działania wielu hormonów poprzez receptory metabotrowe w błonie komórkowej. Hormon obecny w przestrzeni pozakomórkowej (np. adrenalina), oddziaływując ze specyficznym receptorem błonowym stymuluje w komórce syntezę cAMP, dzięki aktywacji błonowej cyklazy adenylanowej. cAMP aktywuje wielofunkcyjną kinazę białkową A (PKA) , co powoduje zmiany w metabolizmie komórki.
- W mięśniu szkieletowym adrenalina uruchamia wzrost stężenia cAMP, które aktywuje kinazę A. Następnie aktywna kinaza A katalizuje fosforylację enzymu odpowiedzialnego za rozpad glikogenu ( spolimeryzowana, zapasowa forma glukozy ).
- W komórkach tłuszczowych przyśpiesza rozpad triacylogliceroli ( trójglicerydy, TG, zapasowa forma tłuszczu) do kwasów tłuszczowych.
MECHANIZM DZIAŁANIA KOFEINY
1. Kofeina jako antagonista receptorów adenozynowych
- kofeina pełni rolę inhibitora kompetencyjnego w stosunku do receptorów adenozynowych.
- receptory adenozynowe obecne są w całym układzie nerwowym
- adenozyna - „sygnał zmęczenia” – jej stężenie zwiększa się w synapsach w odpowiedzi na stres metaboliczny – niedotlenienie i niedokrwienie, po wzmożonym wysiłku psychicznym
- kofeina, działając przeciwstawnie do adenozyny, posiada właściwości pobudzające układ nerwowy, niweluje uczucie zmęczenia i senność. 2. Kofeina jako inhibitor kompetencyjny cAMP-fosfodiesterazy
- cykliczna AMP-fosfodiesterazy indukuje przemianę cAMP do formy niecyklicznej - kontrolę jego stężenia oraz jego działania.
- kofeina blokując działanie tego enzymu niejako zwielokrotnia działanie samej cAMP. Inhibicja fosfodiesterazy prowadzi do zwiększenia stężenia wielu neuroprzekaźników (np. dopamina, noradrenalina, adrenalina, acetylocholina)
- cAMP w komórkach okładzinowych kofeina pobudza wytwarzanie kwasu żołądkowego. 3. Receptory katalityczne pojedyncza cząsteczka nieaktywna katalityczna domena aktywna katalityczna domena
RECEPTOR KATALITYCZNY
w wyniku przyłączenia ligandu (np. tkankowy czynnik wzrostu lub insulina) dochodzi do uaktywnienia enzymu i autofosforylacji receptora w jego odcinku cytoplazmatycznym
3. Receptory katalityczne Ligand białka cytoplazmatyczne wiążą się z ufosforylowanymi resztami tyrozynowymi 3. Receptory katalityczne receptory katalityczne to białka błonowe, które zawierają zarówno
obszar wiążący ligand, jak i obszar o charakterze enzymu.
najczęściej enzymem tym jest kinaza tyrozynowa , która katalizuje
fosforylację białek przy tyrozynie.
ufosforylowane reszty tyrozynowe w receptorze rozpoznawane są
przez specyficzne białka cytoplazmatyczne. Odpowiedź komórki
stanowi zmiana własności biologicznych białek cytoplazmatycznych
(aktywacja lub dezaktywacja) wpływająca na przebieg
różnych procesów wewnątrzkomórkowych.
receptory związane z kinazą tyrozynową uczestniczą głównie
w reakcjach komórek na czynniki wzrostowe oraz cytokiny.
Adenozynotrifosforan (ATP) Adenina 3 grupy fosforanowe trifosforan Ryboza
- hydroliza potrójnej wysokoenergetycznej grupy fosforanowej w ATP dostarcza wolnej energii
- krótkofalowy zapas energii – zbyt nietrwały Cykliczny AMP sygnalizacja wewnątrzkomórkowa
Pi PPi PPi PPi
ADP
AMP
Energia Synteza kwasu nukleinowego Adenozyna Sygnalizacja pozakomórkowa Przekształcenia adenozynotrifosforanu (ATP) 3 grupy fosforanowe^ Adenina trifosforan Ryboza
Cykliczny AMP sygnalizacja wewnątrzkomórkowa 1 2 3 4 Pi PPi PPi PPi ADP AMP Energia Synteza kwasu nukleinowego Adenozyna Sygnalizacja pozakomórkowa Wielozadaniowość ATP integralny składnik kwasów nukleinowych źródło energii dla większości procesów życiowych może być wbudowywany do innych biologicznie czynnych cząsteczek np. acetyloCoA tworzy AMP (poprzez częściową defosforylację) który przekształcany jest do cAMP o właściwościach sygnalizacyjnych całkowita defosforylacja do nukleotydu purynowego ADENOZYNY, która wiąże receptory pośredniczące w :
**- kurczliwości serca
- reakcjach alergicznych (astma)
- hamowaniu uwalniania neurotransmitera** pobudzającego (ból) Dziękuję za uwagę
