Схема передачи сигнала в клетку. Первичные и вторичные мессенджеры. Вторичные посредники (мессенджеры) Понятие о первичных и вторичных мессенджерах

Быстро образуются и далее активируют эффекторные белки, которые опосредуют ответ клетки. К наиболее распространенным вторичным посредникам относятся цАМФ и другие циклические нуклеотиды , ионы кальция, оксид азота .

Концентрация вторичных посредников в цитозоле может быть повышена различными путями: активацией ферментов , которые их синтезируют, как, например в случае активации циклаз, образующих циклические формы нуклеотидов (цАМФ , цГМФ), либо путем открывания ионных каналов , позволяющих потоку ионов металлов , например, ионов кальция войти в клетку. Эти малые молекулы могут далее связывать и активировать эффекторные молекулы - протеинкиназы , ионные каналы и разнообразные другие белки.

Классификация

Вторичные посредники классифицируют по растворимости в воде и размеру молекулы

Примечания

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "Вторичные посредники" в других словарях:

Вторичные посредники (second messengers, вторичные мессенджеры) это компоненты системы передачи сигнала в клетке, малые сигнальные молекулы. Вторичные посредники являются компонентами каскадов передачи сигнала быстро образуются и далее… … Википедия

У этого термина существуют и другие значения, см. Сигнал (значения). У этого термина существуют и другие значения, см. Трансдукция. У этого термина существуют и другие значения, см. Передача сигнала в клетке. Передача сигнала (сигнальная… … Википедия

Передача сигнала (signal transduction, сигнальная трансдукция, трансдукция, сигналинг, сигнализация, (англ. signal transduction) в молекулярной биологии термин «Передача сигнала» относится к любому процессу, при помощи которого клетка превращает … Википедия

- (signal transduction, сигнальная трансдукция, трансдукция, сигналинг, сигнализация, (англ. signal transduction) в молекулярной биологии термин «Передача сигнала» относится к любому процессу, при помощи которого клетка превращает один тип сигнала … Википедия

- (IP3) это водорастворимый вторичный посредник. IP3 образуется в результате распада мембранных фосфолипидов под действием фермента фосфолипазы С. Инозитолтрифосфат вместе с диацилглицеролом принимает участие в передаче сигнала в клетке. IP3… … Википедия

I Возбуждение активный физиологический процесс, которым некоторые виды клеток отвечают на внешнее воздействие. Способность клеток к возникновению В. называется возбудимостью. К возбудимым клеткам относятся нервные, мышечные и железистые. Все… … Медицинская энциклопедия

клетка превращает один тип сигнала или стимула в другой.

1.взаимодействие внешнего агента (стимула) с клеточным рецептором,

2.активация эффекторной молекулы, находящейся в мембране и отвечающей за генерацию вторичныхмессенджеров,

3. образование вторичныхмессенджеров,

4.активация мессенджерами белков-мишеней, вызывающих генерацию следующих мессенджеров,

5.исчезновение мессенджеров.

Вторичные мессенджеры - это внутриклеточные вещества, концентрация которых строго контролируется гормонами-нейромедиаторами и другими внеклеточными сигналами - первичными мессенджерами (firstmessengers).

В качестве агониста рецептора клетка может использовать специально синтезированные соединения пептидной природы или использовать свои внутриклеточные метаболиты, которые отсутствуют в экстраклеточной среде. Кофермент АТР и глутамат, действующие экстраклеточно, являются мощными нейротрансмиттерами. Природные экстраклеточные лиганды, которые взаимодействуют с рецепторами и активируют их, называют первичными мессенджерами. Они могут быть подразделены на гормоны, нейротрансмиттеры, цитокины, лимфокины, факторы роста, липофильные молекулы имеющие рецепторы, хемоаттрактанты и.т.д. Каждый из этих терминов представляет класс агентов, действующих достаточно специфично. Тем не менее, существуют примеры многофункциональности первичных мессенджеров: АТР и глутамат являются нейротрансмиттерами, когда они секретируются в синапсах. Гормоны пищеварительного тракта, такие как гастрин, холецитокинин и секретин в центральной нервной системе осуществляют многообразные функции нейромодуляторов, влияя на высвобождение других нейротрансмиттеров. Соматостатин, идентифицированный первоначально как агент гипоталамуса, подавляющий секрецию гормона роста, также функционирует в центральной нервной системе как нейротрансмиттер и нейромодулятор. Более того, он является паракринным агентом для клеток поджелудочной железы и гормоном для печени. Фактор роста тромбоцитов TGFb действует также как хемоатрактант и как ингибитор роста. Тромбин является фактором роста, но также вовлекается в свертывание крови как активатор функции тромбоцитов.

Механизмы, преобразующие внешние сигналы во внутриклеточные, находятся в плазматической мембране клетки. Восприятие клетками внешних сигналов в основном происходит благодаря взаимодействию внешних факторов с клеточными рецепторами, расположенными на наружной мембране клеток. Рецепторы распознают и связывают внешний сигнал (сигнальный агент - лиганд) и приводят в дейcтвие внутриклеточные пути передачи информации, ведущие к запуску и регуляции различных внутриклеточных процессов.

Внешний сигнальный агент, называемый первичным посредником, как правило, не проникает внутрь клетки, а специфически взаимодействует с рецепторами наружной клеточной мембраны. В качестве первичных посредников выступают различные химические соединения (гормоны, нейромедиаторы, газотрансмиттеры и др.) или физические факторы (квант света). Однако существуют гидрофобные гормоны (стероидные и тиреоидные), которые способны проникать внутрь клетки, преодолевая при этом липидный бислой, и взаимодействовать там с растворимыми рецепторными белками. Таким же механизмом действия обладают малые молекулы - NO и CO.

Если внешняя сигнальная молекула воздействует на рецепторы клеточной мембраны и активирует их, то последние передают полученную информацию на систему белковых компонентов мембраны, называемую каскадом передачи сигнала. Мембранные белки каскада передачи сигнала подразделяют на:

белки-преобразователи, связанные с рецепторами

ферменты-усилители, связанные с белками-преобразователями (активируют вторичные внутриклеточные посредники, переносящие информацию внутрь клетки).

Так действуют рецепторы, сопряженные с G-белками. Другие рецепторы (ионные каналы, рецепторы с протеинкиназной активностью) сами служат умножителями.

Клеточный цикл его периоды

Клеточный цикл - это период существования клетки от момента её образования путем деления материнской клетки до собственного деления.

Таким образом клеточный цикл составляют два периода:

1) период клеточного роста, называемый " интерфаза ", и

2) период клеточного деления, называемый " фаза М " В свою очередь, в каждом периоде выделяют несколько фаз

Обычно интерфаза занимает не меньше 90% времени всего клеточного цикла. Например, у быстро делящихся клеток высших эукариот последовательные деления происходят один раз в 16-24 часа, и каждая фаза М длится 1-2 часа. Большая часть компонентов клетки синтезируется на протяжении всей интерфазы, это затрудняет выделение в ней отдельных стадий

В интерфазе выделяют фазу G 1 , фазу S и фазу G 2 . Период интерфазы, когда происходит репликация ДНК клеточного ядра, был назван " фаза S " Период между фазой М и началом фазы S обозначен как фаза G 1 , а период между концом фазы S и последующей фазой М - как фаза G 2 .

Период клеточного деления (фаза М) включает две стадии: митоз (деление клеточного ядра) и цитокинез (деление цитоплазмы). В свою очередь, митоз делится на пять стадий Описание клеточного деления базируется на данных световой микроскопии в сочетании с микрокиносъемкой и на результатах световой и электронной микроскопии фиксированных и окрашенных клеток.

Подробности

Вторичные мессенджеры - это посредники, осуществляющие передачу сигнала с мембраны клетки в ядро. Это необходимо для запуска процессов, обеспечивающих эффект и реакцию на сигнал.

Рассмотрим механизмы реализации сигнала в эффекторных клетках висцеральных органов при активации рецепторов вегетативной нервной системы.

1. Сравнительная анатомическая характеристика эффекторного звена вегетативной нервной и двигательной систем.

2. Основные медиаторы вегетативной нервной системы.

3. Основные рецепторы вегетативной нервной системы.

Рецепторы вегетативной нервной системы относятся к двум суперсемействам мембранных рецепторов:

Семейство рецепторов, сопряженных с ионным каналом – канал-сопряженные рецепторы (Nn-холинорецептор).
G-сопряженные трансмембранные рецепторы или метаботропные рецепторы, активация которых приводит к образованию внутриклеточного вторичного посредника, запускающего каскадные реакции, приводящие к изменению метаболизма эффекторной клетки и активации или ингибированию ионных каналов (М-холинорецепторы, альфа-и-бета-адренорецептора).

Система мембранно-рецепторного взаимодействия является двухкомпонентной:

Активация рецепторов, путем взаимодействия физиологически активного вещества с рецептором.
Образование или вхождение внутриклеточных посредников (вторичных мессенджеров), которые полностью или в значительной мере воспроизводят эффекты физиологически активных веществ с помощью каскадных реакций.

Внутриклеточные посредники (вторичные мессенджеры) , опосредующие активацию адренергических и холинергических рецепторов на эффекторных клетках висцеральных органов:

циклическая аденозинмонофосфорная каслота (цАМФ, cAMP).
циклическая гуанозинмонофосфорная кислота (цГМФ, cGMP)
инозитолтрифосфат (IP3)
диацилглицерол (DAG)
ион Са

4. Схематическое изображение Nn холинорецептора и механизм его работы.

Путь передачи сигнала --> Активация аденилатциклазы Gs

cAMP-зависимая протеинкиназа (PKA)

цАМФ связывается с регуляторной субъединицей PKA, изменяется ее конформация, это вызывает диссоциацию и отцепление от нее каталитической субъединицы---> протеинкиназа А активируется.

Для отсоединения каталитической субъединицы требуется более 2 молекул цАМФ

PKA - относится к классу Ser/Thr-киназ, является субстрат-специфичной, может запускать каскад фосфорилирования белков (он поддается регуляции).

5. Основные классы G белков млекопитающих.

6. Эффекты активации бета1- и-бета2-адренорецепторов в кардиомиоцитах.

7. Роль разных типов АКАР во внутриклеточной локализации протеинкиназы А и других молекул.

Вторичные мессенджеры

Вторичные посредники (second messengers, вторичные мессенджеры) - это компоненты системы передачи сигнала в клетке , малые сигнальные молекулы. Вторичные посредники являются компонентами каскадов передачи сигнала быстро образуются и далее активируют эффекторные белки, которые опосредуют ответ клетки. К наиболее распространенным вторичным посредникам относятся цАМФ и другие циклические нуклеотиды , ионы кальция, оксид азота .

Классификация

Вторичные посредники классифицируют по растворимости в воде и размеру молекулы

Гидрофобные молекулы - нерастворимые в воде молекулы, например, диацилглицерол , инозитолтрифосфат , фосфатидилинозитолы - связаны с мембраной и могут диссоциировать в околомембранное пространство, где связывают и регулируют активность белков, связанных с мембраной;
Гидрофильные молекулы - водорастворимые молекулы, например, цАМФ , цГМФ , Ca 2+ - находятся в цитозоле;
Газы - оксид азота (), оксид углерода () - могут переходить из цитозоля через клеточные мембраны.

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "Вторичные мессенджеры" в других словарях:

- (вторичные мессенджеры, англ. second messengers) это малые сигнальные молекулы, компоненты системы передачи сигнала в клетке. Вторичные посредники являются компонентами каскадов передачи сигнала, быстро образуются и далее активируют… … Википедия

Фосфолипид Фосфолипиды сложные липиды, сложные эфиры многоатомных спиртов и высших жирных кислот. Содержат остаток фосфорной кислоты и соединенную с ней добавочную группу атомов различной химической природы … Википедия

Синапсы, в которых передача возбуждения осуществляется посредством ацетилхолина. Содержание 1 Биохимия 2 Виды холинорецепторов … Википедия

Фосфолипиды сложные липиды, сложные эфиры многоатомных спиртов и высших жирных кислот. Содержат остаток фосфорной кислоты и соединенную с ней добавочную группу атомов различной химической природы. Содержание 1 Классификация фосфолипидов … Википедия

Листинг - (Listing) Листинг это совокупность процедур по допуску ценных бумаг к обращению на фондовой бирже Определение листинга, преимущества и недостатки листинга, виды листинга, этапы процедуры листинга, котировальный список листинга, делистинг… … Энциклопедия инвестора

Книги

Атлас по физиологии. В 2-х томах. Том 1. Учебное пособие , Камкин Андрей Глебович, Киселева Ирина Сергеевна. Атлас представляет собой книгу, в рисунках и текстовой части которой даны представления не только о функциях организма, но и показаны механизмы этих функций на органном, тканевом, клеточном,…
Атлас по физиологии. В 2-х томах. Том 2. Учебное пособие , Камкин Андрей Глебович, Киселева Ирина Сергеевна. В атласе даны представления не только о функциях организма, но и показаны механизмы этих функций на органном, тканевом, клеточном, мембранном и молекулярном уровнях, изложенные на основе…

Мессенджеры – низкомолекулярные вещества, переносящие сигналы гормонов внутри клетки. Они обладают высокой скоростью перемещения, расщепления или удаления (Са 2+ , цАМФ, цГМФ, ДАГ, ИТФ).

Нарушения обмена мессенджеров приводят к тяжелым последствиям. Например, форболовые эфиры, которые являются аналогами ДАГ, но в отличие от которого в организме не расщепляются, способствуют развитию злокачественных опухолей.

цАМФ открыта Сазерлендом в 50 годах прошлого века. За это открытие он получил Нобелевскую премию. цАМФ участвует в мобилизации энергетических запасов (распад углеводов в печени или триглицеридов в жировых клетках), в задержке воды почками, в нормализации кальциевого обмена, в увеличении силы и частоты сердечных сокращений, в образовании стероидных гормонов, в расслаблении гладких мышц и так далее.

цГМФ активирует ПК G, ФДЭ, Са 2+ -АТФазы, закрывает Са 2+ -каналы и снижает уровень Са 2+ в цитоплазме.

Ферменты

Ферменты каскадных систем катализируют:

образование вторичных посредников гормонального сигнала;
активацию и ингибирование других ферментов;
превращение субстратов в продукты;

Аденилатциклаза (АЦ)

Гликопротеин с массой от 120 до 150 кДа, имеет 8 изоформ, ключевой фермент аденилатциклазной системы, с Mg 2+ катализирует образование вторичного посредника цАМФ из АТФ.

АЦ содержит 2 –SH группы, одна для взаимодействия с G-белком, другая для катализа. АЦ содержит несколько аллостерических центров: для Mg 2+ , Mn 2+ , Ca 2+ , аденозина и форсколина.

Есть во всех клетках, располагается на внутренней стороне клеточной мембраны. Активность АЦ контролируется: 1) внеклеточными регуляторами - гормонами, эйкозаноидами, биогенными аминами через G-белки; 2) внутриклеточным регулятором Са 2+ (4 Са 2+ -зависимые изоформы АЦ активируются Са 2+).

Протеинкиназа А (ПК А)

ПК А есть во всех клетках, катализируют реакцию фосфорилирования ОН- групп серина и треонина регуляторных белков и ферментов, участвует в аденилатциклазной системе, стимулируется цАМФ. ПК А состоит из 4 субъединиц: 2 регуляторных R (масса 38000 Да) и 2 каталитических С (масса 49000 Да). Регуляторные субъединицы имеют по 2 участка связывания цАМФ. Тетрамер не обладает каталитической активностью. Присоединение 4 цАМФ к 2 субъединицам R приводит к изменению их конформации и диссоциации тетрамера. При этом высвобождаются 2 активные каталитические субъединицы С, которые катализируют реакцию фосфорилирования регуляторных белков и ферментов, что изменяет их активность.

Протеинкиназа С (ПК С)

ПК С участвует в инозитолтрифосфатной системе, стимулируется Са 2+ , ДАГ и фосфатидилсерином. Имеет регуляторный и каталитический домен. ПК С катализирует реакцию фосфорилирования белков-ферментов.

Протеинкиназа G (ПК G) есть только в легких, мозжечке, гладких мышцах и тромбоцитах, участвует в гуанилатциклазной системе. ПК G содержит 2 субъединицы, стимулируется цГМФ, катализирует реакцию фосфорилирования белков-ферментов.

Фосфолипаза С (ФЛ С)

Гидролизует фосфоэфирную связь в фосфатидилинозитолах с образованием ДАГ и ИФ 3 , имеет 10 изоформ. ФЛ С регулируется через G-белки и активируется Са 2+ .

Фосфодиэстеразы (ФДЭ)

ФДЭ превращает цАМФ и цГМФ в АМФ и ГМФ, инактивируя аденилатциклазную и гуанилатциклазную систему. ФДЭ активируется Са 2+ , 4Са 2+ -кальмодулином, цГМФ.

NO-синтаза – это сложный фермент, представляющий собой димер, к каждой из субъединиц которого присоединено несколько кофакторов. NO-синтаза имеет изоформы.

Синтезировать и выделять NO способно большинство клеток организма человека и животных, однако наиболее изучены три клеточные популяции: эндотелий кровеносных сосудов, нейроны и макрофаги. По типу синтезирующей ткани NO-синтаза имеет 3 основные изоформы: нейрональную, макрофагальную и эндотелиальную (обозначаются соответственно как NO-синтаза I, II и III).

Нейрональная и эндотелиальная изоформы NO-синтазы постоянно присутствуют в клетках в небольших количествах, и синтезируют NO в физиологических концентрациях. Их активирует комплекс кальмодулин-4Са 2+ .

NO-синтаза II в макрофагах в норме отсутствует. При воздействии на макрофаги липополисахаридов микробного происхождения или цитокинов они синтезируют огромное количество NO-синтазы II (в 100-1000 раз больше чем NO-синтазы I и III), которая производит NO в токсических концентрациях. Глюкокортикоиды (гидрокортизон, кортизол), известные своей противовоспалительной активностью, ингибируют экспрессию NO-синтазы в клетках.

Действие NO

NO - низкомолекулярный газ, легко проникает через клеточные мембраны и компоненты межклеточного вещества, обладает высокой реакционной способностью, время его полураспада в среднем не более 5 с, расстояние возможной диффузии небольшое, в среднем 30 мкм.

В физиологических концентрациях NO оказывает мощное сосудорасширяющее действие :

· Эндотелий постоянно продуцирует небольшие количества NO.

· При различных воздействиях – механических (например, при усилении тока или пульсации крови), химических (липополисахариды бактерий, цитокины лимфоцитов и кровяных пластинок и т.д.) – синтез NO в эндотелиальных клетках значительно повышается.

· NO из эндотелия диффундирует к соседним гладкомышечным клеткам стенки сосуда, активирует в них гуанилатциклазу, которая синтезирует через 5с цГМФ.

· цГМФ приводит к снижению уровня ионов кальция в цитозоле клеток и ослаблению связи между миозином и актином, что и позволяет клеткам через 10 с расслабляться.

На этом принципе действует препарат нитроглицерин. При расщеплении нитроглицерина образуется NO, приводящий к расширению сосудов сердца и снимающий в результате этого чувство боли.

NO регулирует просвет мозговых сосудов. Активация нейронов какой-либо области мозга приводит к возбуждению нейронов, содержащих NO-синтазу, и/или астроцитов, в которых также может индуцироваться синтез NO, и выделяющийся из клеток газ приводит к локальному расширению сосудов в области возбуждения.

NO участвует в развитии септического шока, когда большое количество микроорганизмов, циркулирующих в крови, резко активируют синтез NO в эндотелии, что приводит к длительному и сильному расширению мелких кровеносных сосудов и как следствие – значительному снижению артериального давления, с трудом поддающемуся терапевтическому воздействию.

В физиологических концентрациях NO улучшает реологические свойства крови :

NO, образующийся в эндотелии, препятствует прилипанию лейкоцитов и кровяных пластинок к эндотелию и также снижает агрегацию последних.

NO может выступать в роли антиростового фактора, препятствующего пролиферации гладкомышечных клеток стенки сосудов, важного звена в патогенезе атеросклероза.

В больших концентрациях NO оказывает на клетки (бактериальные, раковые и т.д) цитостатическое и цитолитическое действие следующим образом:

· при взаимодействии NO с радикальным супероксид анионом образуется пероксинитрит (ONOO-), который является сильным токсичным окислителем;

· NO прочно связывается с геминовой группой железосодержащих ферментов и ингибирует их (ингибирование митохондриальных ферментов окислительного фосфорилирования блокирует синтез АТФ, ингибирование ферментов репликации ДНК способствуют накоплению в ДНК повреждений).

· NO и пероксинитрит могут непосредственно повреждать ДНК, это приводит к активации защитных механизмов, в частности стимуляции фермента поли(АДФ-рибоза) синтетазы, что еще больше снижает уровень АТФ и может приводить к клеточной гибели (через апоптоз).

Похожая информация.