Për çfarë nevojiten proteinat G? Mekanizmi i funksionimit të receptorëve të lidhur me proteinën G.

Ide të përgjithshme rreth rrugëve të transduksionit të sinjalit

Për shumicën e molekulave rregullatore, midis lidhjes së tyre me një receptor membranor dhe përgjigjes përfundimtare të qelizës, d.m.th. duke ndryshuar funksionimin e tij, ndërhyjnë seri komplekse ngjarjesh - rrugë të caktuara të transmetimit të sinjalit, të quajtura ndryshe nëpërmjet rrugëve të transduksionit të sinjalit.

Substancat rregullatore zakonisht ndahen në endokrine, neurokrine dhe parakrine. Endokrine rregullatorët (hormonet) sekretohet nga qelizat endokrine në gjak dhe transportohet prej tij në qelizat e synuara, të cilat mund të gjenden kudo në trup. Neurokrine rregullatorët çlirohen nga neuronet në afërsi të qelizave të synuara. Parakrine substancat lirohen pak më larg nga objektivat, por gjithsesi mjaft afër tyre për të arritur receptorët. Substancat parakrine sekretohen nga një lloj qelize dhe veprojnë në një tjetër, por në disa raste rregullatorët janë të destinuara për qelizat që i kanë sekretuar ose për qelizat fqinje të të njëjtit lloj. Është quajtur autokrine rregullore.

Në disa raste, faza e fundit e transduksionit të sinjalit konsiston në fosforilimin e disa proteinave efektore, gjë që çon në një rritje ose ulje të aktivitetit të tyre, dhe kjo, nga ana tjetër, përcakton përgjigjen qelizore të nevojshme për trupin. Bëhet fosforilimi i proteinave protein kinazat dhe defosforilimi - proteina fosfataza.

Ndryshimet në aktivitetin e protein kinazës ndodhin si rezultat i lidhjes së një molekule rregullatore (të quajtur përgjithësisht ligand) me receptorin e tij membranor, i cili shkakton kaskada ngjarjesh, disa prej të cilave tregohen në figurë (Fig. 2-1). Aktiviteti i proteinave kinazave të ndryshme rregullohet nga receptori jo drejtpërdrejt, por përmes lajmëtarët dytësorë(ndërmjetësit dytësorë), roli i të cilëve luhet nga, për shembull, AMP ciklike (cAMP), GMP ciklike (cGMP), Ca 2+, inozitol-1,4,5-tri-fosfat (IP 3) Dhe diacilglicerol (DAG). Në këtë rast, lidhja e ligandit me receptorin e membranës ndryshon nivelin ndërqelizor të mesazherit të dytë, i cili, nga ana tjetër, ndikon në aktivitetin e protein kinazës. Shumë rregullatorë

Këto molekula ndikojnë në proceset qelizore përmes rrugëve të transduksionit të sinjalit që përfshijnë proteinat heterotrimerike që lidhen me GTP (proteinat G heterotrimerike) ose proteinat monomerike që lidhen me GTP (proteinat monomerike G).

Kur molekulat e ligandit lidhen me receptorët e membranës që ndërveprojnë me proteinat G heterotrimerike, proteina G kalon në një gjendje aktive duke u lidhur me GTP. Proteina G e aktivizuar më pas mund të ndërveprojë me shumë proteinat efektore kryesisht nga enzimat si p.sh adenilate ciklaza, fosfodiesteraza, fosfolipaza C, A 2 Dhe D. Ky ndërveprim shkakton zinxhirë reaksionesh (Fig. 2-1), të cilat përfundojnë me aktivizimin e proteinave kinazave të ndryshme, si p.sh. proteina kinaza A (PKA), proteina kinaza G (PKG), proteina kinaza C (PKI).

Në terma të përgjithshëm, rruga e transduksionit të sinjalit që përfshin G-proteinat - protein kinazat përfshin hapat e mëposhtëm.

1. Ligandi lidhet me një receptor në membranën qelizore.

2. Receptori i lidhur me ligand, duke ndërvepruar me proteinën G, e aktivizon atë dhe proteina G e aktivizuar lidh GTP.

3. Proteina G e aktivizuar ndërvepron me një ose më shumë nga komponimet e mëposhtme: adenilate ciklazë, fosfodiesterazë, fosfolipaza C, A 2, D, duke i aktivizuar ose frenuar ato.

4. Niveli ndërqelizor i një ose më shumë mesazherëve të dytë, si cAMP, cGMP, Ca 2+, IP 3 ose DAG, rritet ose ulet.

5. Rritja ose zvogëlimi i përqendrimit të mesazherit të dytë ndikon në aktivitetin e një ose më shumë proteina kinazave të varura prej tij, si proteina kinaza e varur nga cAMP (protein kinaza A), proteina kinaza e varur nga cGMP (PKG), protein kinaza e varur nga kalmodulina(CMPC), proteina kinaza C. Një ndryshim në përqendrimin e mesazherit të dytë mund të aktivizojë një ose një kanal jonik.

6.Niveli i fosforilimit të një enzime ose kanali jonik ndryshon, gjë që ndikon në aktivitetin e kanalit jonik, duke përcaktuar përgjigjen përfundimtare të qelizës.

Oriz. 2-1. Disa kaskada ngjarjesh të realizuara në qeli falë lajmëtarëve dytësorë.

Emërtimet: * - enzimë e aktivizuar

Receptorët e membranës të lidhur me proteinën G

Receptorët e membranës që ndërmjetësojnë aktivizimin e proteinave G të varur nga agonisti, përbëjnë një familje të veçantë proteinash, me më shumë se 500 anëtarë. Ai përfshin α- dhe β-adrenergjik, acetilkolinën muskarinike, serotoninën, adenozinën, receptorët e nuhatjes, rodopsinën, si dhe receptorët për shumicën e hormoneve peptide. Anëtarët e familjes së receptorëve të lidhur me proteinën G kanë shtatë α-helika transmembranore (Figura 2-2 A), secila përmban 22-28 mbetje aminoacide kryesisht hidrofobike.

Për disa ligandë, si acetilkolina, epinefrina, norepinefrina dhe serotonina, njihen nëntipe të ndryshme të receptorëve të lidhur me proteinën G. Ata shpesh ndryshojnë në afinitetin e tyre për agonistët dhe antagonistët konkurrues.

Në vijim paraqitet (Fig. 2-2 B) organizimi molekular i adenilate ciklazës, një enzimë që prodhon cAMP (lajmëtari i dytë i parë i zbuluar). Rruga rregulluese e adenilate ciklazës konsiderohet rruga klasike e transduksionit të sinjalit të ndërmjetësuar nga proteina G.

Adenilate ciklaza shërben si bazë për kontrollin pozitiv ose negativ të rrugëve të transduksionit të sinjalit përmes proteinave G. Në një kontroll pozitiv, lidhja e një ligandi stimulues, si epinefrina, që vepron përmes receptorëve β-adrenergjikë, çon në aktivizimin e proteinave heterotrimerike G me nën-njësinë α të tipit as (“s” nënkupton stimulim). Aktivizimi i proteinave G të tipit Gs nga receptori i lidhur me ligand bën që nën-njësia e tij të lidh GTP dhe më pas të shkëputet nga dimeri-β.

Figura 2-2 B tregon se si fosfolipaza C zbërthen fosfatidilinositol 4,5-bisfosfat në inositol 1,4,5-trisfosfat dhe diacilglicerol. Të dy substancat, inozitol 1,4,5-trifosfati dhe diacilgliceroli, janë lajmëtarë dytësorë. IP3, duke u lidhur me kanalet specifike Ca 2+ të varura nga ligandi, të rrjetit endoplazmatik, çliron Ca 2+ prej tij, d.m.th. rrit përqendrimin e Ca 2+ në citosol. Diacilgliceroli, së bashku me Ca 2+, aktivizon një klasë tjetër të rëndësishme të proteinave kinazave - proteina kinaza C.

Më pas paraqitet struktura e disa mesazherëve të dytë (Fig. 2-2 D-E): cAMP, GMP,

cGMP.

Oriz. 2-2. Shembuj të organizimit molekular të disa strukturave të përfshira në rrugët e transduksionit të sinjalit.

A është një receptor i membranës qelizore që lidh një ligand në sipërfaqen e jashtme, dhe një G-proteinë heterotrimerike brenda. B - organizimi molekular i adenilate ciklazës. B - struktura e fosfatidilinositol-4,5-difosfatit dhe inositol-1,4,5-trifosfatit dhe diacilglicerolit të formuar nën veprimin e fosfolipazës C. D - struktura e AMP-së ciklike 3", 5" (aktivizues i proteinës kinazës A). D - struktura e HMF. E - struktura e GMP ciklike 3", 5" (aktivizues i protein kinazës G)

Proteinat G heterotrimerike

Proteina heterotrimerike G përbëhet nga tre nënnjësi: α (40,000-45,000 Da), β (rreth 37,000 Da) dhe γ (8000-10,000 Da). Rreth 20 gjene të ndryshëm që kodojnë këto nën-njësi janë tashmë të njohura, duke përfshirë të paktën katër gjene të nën-njësisë β dhe afërsisht shtatë gjene të nën-njësive γ të gjitarëve. Funksioni dhe specifika e një proteine ​​G zakonisht, megjithëse jo gjithmonë, përcaktohet nga nën-njësia e saj α. Në shumicën e proteinave G, nënnjësitë β dhe γ janë të lidhura ngushtë me njëra-tjetrën. Disa proteina G heterotrimerike dhe rrugët e transduksionit në të cilat ato përfshihen janë renditur në Tabelën. 2-1.

Proteinat heterotrimerike G shërbejnë si ndërmjetës midis receptorëve të membranës plazmatike për më shumë se 100 substanca rregullatore jashtëqelizore dhe proceseve ndërqelizore që ato kontrollojnë. Në terma të përgjithshëm, lidhja e një lënde rregullatore me receptorin e saj aktivizon proteinën G, e cila ose aktivizon ose frenon enzimën dhe/ose shkakton një zinxhir ngjarjesh që çojnë në aktivizimin e kanaleve specifike jonike.

Në Fig. 2-3 tregon parimin e përgjithshëm të funksionimit të proteinave G heterotrimerike. Në shumicën e proteinave G, nën-njësia α është "punëtore" e proteinave G heterotrimerike. Aktivizimi i shumicës së proteinave G çon në një ndryshim konformues në këtë nënnjësi. Proteinat G joaktive ekzistojnë kryesisht në formën e heterotrimerëve αβγ,

me GDP në pozicionet e lidhjes së nukleotideve. Ndërveprimi i proteinave G heterotrimerike me receptorin e lidhur me ligand çon në shndërrimin e nën-njësisë α në një formë aktive me afinitet të rritur për GTP dhe afinitet të reduktuar për kompleksin βγ. Si rezultat, nën-njësia α e aktivizuar çliron GDP, lidh GTP dhe më pas shkëputet nga βγ-dimeri. Për shumicën e proteinave G, nën-njësia α e disociuar ndërvepron më pas me proteinat efektore në shtegun e transduksionit të sinjalit. Megjithatë, për disa proteina G, dimeri βγ i çliruar mund të jetë përgjegjës për të gjitha ose disa nga efektet e kompleksit receptor-ligand.

Funksionimi i disa kanaleve jonike modulohet drejtpërdrejt nga proteinat G, d.m.th. pa pjesëmarrjen e të dërguarve dytësorë. Për shembull, lidhja e acetilkolinës me receptorët muskarinikë M2 në zemër dhe disa neurone çon në aktivizimin e një klase të veçantë të kanaleve K +.

Në këtë rast, lidhja e acetilkolinës me receptorin muskarinik çon në aktivizimin e proteinës G. A-nën-njësia e tij e aktivizuar më pas shkëputet nga βγ-dimeri, dhe dimeri βγ ndërvepron drejtpërdrejt me një klasë të veçantë kanalesh K +, duke i sjellë ato në gjendje të hapur. Lidhja e acetilkolinës me receptorët muskarinikë, e cila rrit përçueshmërinë K+ të qelizave stimuluese në nyjen sinoatriale të zemrës, është një nga mekanizmat kryesorë me anë të të cilit nervat parasimpatikë shkaktojnë ulje të ritmit të zemrës.

Oriz. 2-3. Parimi i funksionimit të proteinave heterotrimerike që lidhen me GTP (proteinat G heterotrimerike).Tabela 2-1.

Disa proteina heterotrimerike të gjitarëve që lidhen me GTP, të klasifikuara në bazë të nën-njësive të tyre α*

* Brenda çdo klase të nën-njësive α, dallohen disa izoforma. Janë identifikuar më shumë se 20 nën-njësi α.

Proteinat G monomerike Qelizat përmbajnë një familje tjetër të proteinave që lidhen me GTP të quajtur monomerike Proteinat që lidhen me GTP. Ata njihen gjithashtu si ose Proteinat G me peshë të ulët molekulare proteina të vogla G

(pesha molekulare 20.000-35.000 Da). Tabela 2-2 liston nënklasat kryesore të proteinave monomerike që lidhen me GTP dhe disa nga vetitë e tyre. Proteinat monomerike të lidhjes GTP të ngjashme me Ras dhe Rho janë të përfshira në rrugën e transduksionit të sinjalit në fazën e transmetimit të sinjalit nga tirozina kinaza, receptori i faktorit të rritjes, tek efektorët ndërqelizor. Ndër proceset e rregulluara nga rrugët e transduksionit të sinjalit në të cilat përfshihen proteinat monomerike që lidhen me GTP janë zgjatja e zinxhirit polipeptid gjatë sintezës së proteinave, përhapja dhe diferencimi i qelizave, degjenerimi i tyre malinj, kontrolli i citoskeletit të aktinës, komunikimi midis citoskeletit.

dhe matricës jashtëqelizore, transporti i vezikulave ndërmjet organeleve të ndryshme dhe sekretimi ekzocitoz. proteinat që çlirojnë nukleotide guanine, dhe janë të çaktivizuar Proteinat aktivizuese të GTPazës. Kështu, aktivizimi dhe inaktivizimi i proteinave monomerike që lidhen me GTP kontrollohet nga sinjale që ndryshojnë aktivitetin proteinat e çlirimit të nukleotideve të guaninës ose Proteinat aktivizuese të GTPazës në vend se duke synuar drejtpërdrejt proteinat G monomerike.

Oriz. 2-4. Parimi i funksionimit të proteinave monomerike që lidhen me GTP (proteinat G-monomerike).

Tabela 2-2.Nënfamiljet e proteinave monomerike që lidhen me GTP dhe disa procese ndërqelizore të rregulluara prej tyre

Mekanizmi i funksionimit të G-proteinave heterotrimerike

Proteinat G joaktive ekzistojnë kryesisht në formën e heterotrimerëve αβγ, me GDP në pozicionet e tyre të lidhjes së nukleotideve (Figura 2-5 A). Ndërveprimi i proteinave G heterotrimerike me receptorin e lidhur me ligand çon në shndërrimin e nën-njësisë α në një formë aktive, e cila ka një afinitet të rritur për GTP dhe një afinitet të zvogëluar për kompleksin βγ (Fig. 2-5 B. ). Në shumicën e proteinave heterotrimerike G, është nën-njësia α që është struktura që transmeton informacionin. Aktivizimi i shumicës së proteinave G çon në një ndryshim konformues në nënnjësinë α.

Si rezultat, nën-njësia α e aktivizuar çliron GDP, bashkon GTP (Fig. 2-5 B) dhe më pas shkëputet nga βγ-dimeri (Fig. 2-5 D). Në shumicën e proteinave G, nën-njësia α e disociuar ndërvepron menjëherë me proteinat efektore (E 1) në shtegun e transduksionit të sinjalit (Fig. 2-5 D). Megjithatë, për disa proteina G, dimeri βγ i çliruar mund të jetë përgjegjës për të gjitha ose disa nga efektet e kompleksit receptor-ligand. Më pas βγ-dimeri ndërvepron me proteinën efektore E 2 (Fig. 2-5 E). Anëtarët e familjes së proteinave RGS G tregohen më tej se stimulojnë hidrolizën e GTP (Fig. 2-5 E). Kjo çaktivizon nënnjësinë α dhe kombinon të gjitha nënnjësitë në një heterotrimer αβγ.

Oriz. 2-5. Cikli i funksionimit të një proteine ​​heterotrimerike G, e cila shkakton një zinxhir të mëtejshëm ngjarjesh me ndihmën e sajα -nënnjësi.

Emërtimet: R - receptor, L - ligand, E - proteina efektore

Rrugët e transduksionit të sinjalit përmes proteinave heterotrimerike G

Figura 2-6 A tregon tre ligandët, receptorët e tyre të lidhur me proteina të ndryshme G dhe objektivat e tyre molekularë. Adenilate ciklaza është baza për kontrollin pozitiv ose negativ të rrugëve të transduksionit të sinjalit që ndërmjetësohen nga proteinat G. Në një kontroll pozitiv, lidhja e një ligandi stimulues si norepinefrina që vepron përmes receptorëve β-adrenergjikë çon në aktivizimin e proteinave heterotrimerike G me nënnjësinë α të tipit α S ("s" nënkupton stimulim). Prandaj, një proteinë e tillë G quhet një proteinë G S e tipit G. Aktivizimi i proteinave G të tipit G nga një receptor i lidhur me ligand bën që nënnjësia e tij α s të lidh GTP dhe më pas të shkëputet nga dimeri βγ.

Substanca të tjera rregullatore, të tilla si epinefrina, që vepron nëpërmjet receptorëve α 2, ose adenozina, që vepron nëpërmjet receptorëve α 1, ose dopamina, që vepron nëpërmjet receptorëve D2, përfshihen në kontrollin negativ ose frenues të adenilate ciklazës. Këto substanca rregullatore aktivizojnë proteinat G i tipit G, të cilat kanë një nënnjësi α të tipit α i (“i” do të thotë frenim). Lidhja e një ligandi frenues me të

receptori aktivizon llojin G i të proteinave G dhe shkakton shpërbërjen e nën-njësisë α i të tij nga βγ-dimeri. Nën-njësia α i e aktivizuar lidhet me adenilate ciklazën dhe e shtyp aktivitetin e saj. Përveç kësaj, dimerët βγ mund të lidhin nënnjësi të lira α s. Në këtë mënyrë, lidhja e βγ-dimerëve me nën-njësinë αs të lirë e shtyp më tej stimulimin e adenilate ciklazës, duke bllokuar veprimin e ligandëve stimulues.

Një klasë tjetër e agonistëve jashtëqelizor (Fig. 2-6 A) lidhet me receptorët që aktivizojnë, nëpërmjet një proteine ​​G të quajtur G q, β-izoformën e fosfolipazës C. Ai shkëput fosfatidilinositol 4,5-bisfosfat (një fosfolipid i pranishëm në sasi të vogla në membranën plazmatike) në inozitol 1,4,5-trifosfat dhe diacilglicerol, të cilët janë lajmëtarë dytësorë. IP 3, që lidhet me kanalet specifike Ca 2+ të varura nga ligandi i rrjetës endoplazmatike, çliron Ca 2+ prej tij, d.m.th. rrit përqendrimin e Ca 2+ në citosol. Kanalet Ca 2+ të rrjetës endoplazmatike janë të përfshira në bashkimin elektromekanik në muskulin skeletor dhe kardiak. Diacilgliceroli, së bashku me Ca 2+, aktivizon proteina kinazën C. Substratet e saj përfshijnë, për shembull, proteinat e përfshira në rregullimin e ndarjes qelizore.

Oriz. 2-6. Shembuj të rrugëve të transduksionit të sinjalit përmes proteinave heterotrimerike G.

A - në tre shembujt e dhënë, lidhja e një neurotransmetuesi me një receptor çon në aktivizimin e proteinës G dhe aktivizimin e mëvonshëm të rrugëve të mesazhit të dytë. Gs, Gq dhe G i referohen tre llojeve të ndryshme të proteinave G heterotrimerike. B - rregullimi i proteinave qelizore nga fosforilimi çon në një rritje ose ulje të aktivitetit të tyre, dhe kjo, nga ana tjetër, përcakton reagimin qelizor të nevojshëm për trupin. Fosforilimi i proteinave kryhet nga protein kinazat, dhe defosforilimi kryhet nga fosfatazat proteinike. Protein kinaza transferon një grup fosfat (Pi) nga ATP në mbetjet e proteinave të serinës, treoninës ose tirozinës. Ky fosforilim ndryshon në mënyrë të kthyeshme strukturën dhe funksionin e proteinave qelizore. Të dy llojet e enzimave - kinazat dhe fosfatazat - rregullohen nga lajmëtarë të dytë të ndryshëm ndërqelizor.

Rrugët për aktivizimin e protein kinazave ndërqelizore

Ndërveprimi i proteinave G heterotrimere me receptorin e lidhur me ligand çon në shndërrimin e nën-njësisë α në një formë aktive, e cila ka një afinitet të shtuar për GTP dhe një afinitet të reduktuar për kompleksin βγ. Aktivizimi i shumicës së proteinave G rezulton në një ndryshim konformativ në nënnjësinë α, e cila çliron GDP, lidh GTP dhe më pas shkëputet nga dimeri βγ. Nën-njësia α e disociuar më pas ndërvepron me proteinat efektore në shtegun e transduksionit të sinjalit.

Figura 2-7 A demonstron aktivizimin e proteinave heterotrimerike G s të tipit G me nënnjësinë α të tipit α s, e cila ndodh për shkak të lidhjes me ligandin e receptorit dhe çon në faktin se nënnjësia α s e tipit G s Proteinat G lidh GTP dhe më pas shkëputet nga βγ-dimeri, dhe më pas ndërvepron me adenilate ciklaza. Kjo çon në një rritje të niveleve të cAMP dhe aktivizimin e PKA.

Figura 2-7 B tregon aktivizimin e proteinave heterotrimerike G t-lloj G me nën-njësinë α të tipit α t, e cila ndodh për shkak të lidhjes me ligandin e receptorit dhe çon në faktin se nën-njësia α t e tipit G t. Proteina G aktivizohet dhe më pas shkëputet nga βγ-dimeri dhe më pas ndërvepron me të fosfodiesteraza. Kjo çon në një rritje të niveleve të cGMP dhe aktivizimin e PKG.

Receptori i katekolaminës α 1 ndërvepron me nënnjësinë G αq, e cila aktivizon fosfolipazën C. Figura 2-7 B tregon aktivizimin e proteinave heterotrimerike G të tipit G αq me nënnjësinë α të tipit α q, që ndodh për shkak të lidhjes i ligandit në receptor dhe çon në atë që nën-njësia αq e proteinave G të tipit G αq aktivizohet dhe më pas shkëputet nga dimeri-β, dhe më pas ndërvepron me fosfolipaza C. Ai copëton fosfatidilinositol 4,5-difosfat në IP 3 dhe DAG. Kjo rezulton në një rritje të niveleve të IP 3 dhe DAG. IP 3, lidhet me kanalet specifike Ca 2+ të varura nga ligandi të rrjetës endoplazmatike,

lëshon Ca 2+ prej tij.

DAG shkakton aktivizimin e protein kinazës C. Në një qelizë të pastimuluar, një sasi e konsiderueshme e kësaj enzime ndodhet në citosol në formë joaktive. Ca 2+ bën që proteina kinaza C të lidhet në sipërfaqen e brendshme të membranës plazmatike. Këtu enzima mund të aktivizohet nga diacilgliceroli, i cili formohet nga hidroliza e fosfatidilinositol 4,5-bisfosfatit. Fosfatidilserina e membranës mund të jetë gjithashtu një aktivizues i proteinës kinazës C nëse enzima ndodhet në membranë.

Janë përshkruar rreth 10 izoforma të proteinës kinazës C, megjithëse disa prej tyre janë të pranishme në shumë qeliza të gjitarëve, nëntipet γ dhe ε gjenden kryesisht në qelizat e sistemit nervor qendror. Nëntipet e proteinës kinazës C ndryshojnë jo vetëm në shpërndarjen e tyre në të gjithë trupin, por, me sa duket, edhe në mekanizmat për rregullimin e aktivitetit të tyre. Disa prej tyre në qelizat e pastimuluara shoqërohen me membranën plazmatike, d.m.th. nuk kërkojnë rritje të përqendrimit të Ca 2+ për aktivizim. Disa izoforma të proteinës kinazës C aktivizohen nga acidi arachidonic ose acide të tjera yndyrore të pangopura.

Aktivizimi fillestar kalimtar i proteinës kinazës C ndodh nën ndikimin e diacilglicerolit, i cili çlirohet kur aktivizohet fosfolipaza C β, dhe gjithashtu nën ndikimin e Ca 2+ të çliruar nga depot brendaqelizore nga IP 3. Aktivizimi afatgjatë i proteinës kinazës C nxitet nga fosfolipazat A 2 dhe D të varura nga receptori. Ato veprojnë kryesisht në fosfatidilkolinën, fosfolipidin kryesor të membranës. Fosfolipaza A 2 ndan prej saj acidin yndyror në pozicionin e dytë (zakonisht të pangopur) dhe lizofosfatidilkolinën. Të dy këta produkte aktivizojnë disa izoforma të proteinës kinazës C. Fosfolipaza D e varur nga receptori zbërthen fosfatidilkolinën në mënyrë që të formohen acidi fosfatidik dhe kolina. Acidi fosfatidik ndahet më tej në diacilglicerol, i cili është i përfshirë në stimulimin afatgjatë të proteinës kinazës C.

Oriz. 2-7. Parimet themelore të aktivizimit të proteinës kinazës A, proteina kinazës G dhe proteinës kinazës C.

Emërtimet: R - receptor, L - ligand

Në mungesë të cAMP, protein kinaza e varur nga cAMP (protein kinaza A) përbëhet nga katër nënnjësi: dy rregullatore dhe dy katalitike. Në shumicën e llojeve të qelizave, nënnjësia katalitike është e njëjtë dhe nënnjësitë rregullatore janë shumë specifike. Prania e nënnjësive rregullatore shtyp pothuajse plotësisht aktivitetin enzimatik të kompleksit. Kështu, aktivizimi i aktivitetit enzimatik të protein kinazës së varur nga cAMP duhet të përfshijë shkëputjen e nënnjësive rregullatore nga kompleksi.

Aktivizimi ndodh në prani të përqendrimeve mikromolare të cAMP. Çdo nënnjësi rregullatore lidh dy nga molekulat e saj. Lidhja e cAMP shkakton ndryshime konformacionale në njësitë rregullatore dhe redukton afinitetin e ndërveprimit të tyre me nënnjësitë katalitike. Si rezultat, nënnjësitë rregullatore ndahen nga nënnjësitë katalitike dhe nën-njësitë katalitike aktivizohen. Nën-njësia katalitike aktive fosforilon proteinat e synuara në mbetje specifike të serinës dhe treoninës.

Krahasimi i sekuencave të aminoacideve të klasave të varura nga cAMP dhe të klasave të tjera të protein kinazave tregon se, pavarësisht dallimeve të forta në vetitë e tyre rregullatore, të gjitha këto enzima janë shumë homologe në strukturën parësore të pjesës së mesme. Kjo pjesë përmban domenin e lidhjes ATP dhe zonën aktive të enzimës, e cila siguron transferimin e fosfatit nga ATP në proteinën pranuese. Rajonet e kinazës përtej këtij seksioni të mesëm katalitik të proteinës përfshihen në rregullimin e aktivitetit të kinazës.

Struktura kristalore e nën-njësisë katalitike të protein kinazës së varur nga cAMP është përcaktuar gjithashtu. Pjesa e mesme katalitike e molekulës, e pranishme në të gjitha proteina kinazat e njohura, përbëhet nga dy pjesë. Pjesa më e vogël përmban një vend të pazakontë të lidhjes ATP, dhe pjesa më e madhe përmban një vend lidhjeje peptide. Shumë protein kinase përmbajnë gjithashtu një rajon rregullues të njohur si domeni pseudosubstrate. Në sekuencën e aminoacideve, ajo i ngjan rajoneve të fosforilueshme të proteinave të substratit. Domeni i pseudosubstratit, duke u lidhur me vendin aktiv të protein kinazës, pengon fosforilimin e substrateve të vërteta të protein kinazës. Aktivizimi i kinazës mund të përfshijë fosforilimin ose modifikimin alosterik jokovalent të protein kinazës për të eliminuar efektin frenues të domenit të pseudosubstratit.

Oriz. 2-8. Proteina kinaza A e varur nga cAMP dhe objektivat.

Kur epinefrina lidhet me receptorin e saj përkatës, aktivizimi i nën-njësisë α s stimulon adenilate ciklazën për të rritur nivelet e cAMP. cAMP aktivizon proteina kinazën A, e cila, nëpërmjet fosforilimit, ka tre efekte kryesore. (1) Proteina kinaza A aktivizon glikogjen fosforilaz kinazën, e cila fosforilon dhe aktivizon glikogjen fosforilazën. (2) Proteina kinaza A inaktivizon glikogjen sintazën dhe në këtë mënyrë redukton formimin e glikogjenit. (3) Protein kinaza A aktivizon frenuesin e fosfoproteinës fosfatazës-1 dhe në këtë mënyrë frenon fosfatazën. Efekti i përgjithshëm është të koordinojë ndryshimet në nivelet e glukozës.

Emërtimet: UDP-glukozë - uridine difosfat glukozë

Rregullimi hormonal i aktivitetit të adenilate ciklazës

Figura 2-9 A tregon mekanizmin parimor të stimulimit dhe frenimit të adenilate ciklazës të nxitur nga hormonet. Ndërveprimi i një ligandi me një receptor të lidhur me një nënnjësi α të tipit α s (stimulues) shkakton aktivizimin e adenilate ciklazës, ndërsa ndërveprimi i një ligandi me një receptor të lidhur me një nënnjësi α të tipit α i (frenues) shkakton frenimin e enzimën. Nën-njësia G βγ është identike si në proteinat G stimuluese ashtu edhe në ato frenuese. G α nënnjësitë dhe receptorët janë të ndryshëm. Formimi i komplekseve aktive G α GTP i stimuluar nga ligand ndodh përmes të njëjtëve mekanizma në të dy proteinat G αs - dhe G αi. Sidoqoftë, G αs GTP dhe G αi GTP ndërveprojnë ndryshe me adenilate ciklazën. Njëra (G αs GTP) stimulon, dhe tjetra G αi GTP) pengon aktivitetin e saj katalitik.

Figura 2-9 B tregon mekanizmin e aktivizimit dhe frenimit të adenilate ciklazës të induktuar nga disa hormone. Receptorët β 1 -, β 2 - dhe D1 ndërveprojnë me nënnjësitë që aktivizojnë adenilate ciklazën dhe rrisin nivelet e cAMP. Receptorët α 2 dhe D 2 ndërveprojnë me nën-njësitë G αi, të cilat frenojnë adenilate ciklazën. (Sa i përket receptorit α 1, ai ndërvepron me nënnjësinë G, e cila aktivizon fosfolipazën C.) Konsideroni një nga shembujt e paraqitur në figurë. Epinefrina lidhet me receptorin β 1, gjë që çon në aktivizimin e proteinës G αs, e cila stimulon adenilate ciklazën. Kjo çon në një rritje të niveleve të cAMP ndërqelizore, dhe kështu rrit aktivitetin e PKA. Nga ana tjetër, norepinefrina lidhet me receptorin α 2, gjë që çon në aktivizimin e proteinës G αi, e cila frenon adenilate ciklazën dhe në këtë mënyrë redukton nivelin ndërqelizor të cAMP, duke reduktuar aktivitetin e PKA.

Oriz. 2-9. Aktivizimi dhe frenimi i adenilate ciklazës i shkaktuar nga ligandi (hormon).

A është mekanizmi themelor. B - mekanizmi në lidhje me hormonet specifike

Proteina kinaza C dhe rrugët e sinjalizimit të lidhur

Receptori α 1 ndërvepron me nënnjësinë G αq të proteinës G, e cila aktivizon fosfolipazën C. Fosfolipaza C copëton fosfatidilinositol 4,5-difosfatin në IP 3 dhe DAG. IP 3, që lidhet me kanalet specifike Ca 2+ të varura nga ligandi i rrjetës endoplazmatike, çliron Ca 2+ prej tij, d.m.th. rrit përqendrimin e Ca 2+ në citosol. DAG shkakton aktivizimin e proteinës kinazës C. Në një qelizë të pastimuluar, kjo enzimë është joaktive në citosol

formë. Nëse niveli citosolik i Ca 2+ rritet, Ca 2+ ndërvepron me proteinën kinazë C, e cila çon në lidhjen e proteinës kinazës C në sipërfaqen e brendshme të membranës qelizore. Në këtë pozicion, enzima aktivizohet nga diacilgliceroli i formuar gjatë hidrolizës së fosfatidilinositol-4,5-difosfatit. Fosfatidilserina e membranës mund të jetë gjithashtu një aktivizues i proteinës kinazës C nëse enzima ndodhet në membranë.

Tabela 2-3 liston izoformat e proteinës C të proteinave të gjitarëve dhe vetitë e këtyre izoformave.

Tabela 2-3.Vetitë e izoformave të proteinave të kinazës C të gjitarëve

DAG - diacilglicerol; PS - fosfatidilserinë; FFA - acide yndyrore cis-të pangopura; LPC - lizofosfatidilkolinë.

Oriz. 2-10. Rrugët e sinjalizimit të diacilglicerolit/inositolit 1,4,5-trifosfat

Fosfolipazat dhe rrugët shoqëruese të sinjalizimit duke përdorur shembullin e acidit arachidonic

Disa agonistë nëpërmjet proteinave G aktivizohen fosfolipaza A 2, i cili vepron në fosfolipidet e membranës. Produktet e reaksioneve të tyre mund të aktivizojnë proteina kinazën C. Në veçanti, fosfolipaza A 2 ndan acidin yndyror që ndodhet në pozicionin e dytë nga fosfolipidet. Për shkak të faktit se disa fosfolipide përmbajnë acid arachidonic në këtë pozicion, të shkaktuar nga fosfolipaza A 2, zbërthimi i këtyre fosfolipideve çliron një sasi të konsiderueshme të tij.

Rruga sinjalizuese e përshkruar më sipër e acidit arachidonic e lidhur me fosfolipazën A 2 quhet e drejtpërdrejtë. Rruga indirekte e aktivizimit të acidit arachidonic shoqërohet me fosfolipazën C β.

Vetë acidi arakidonik është një molekulë efektore, dhe përveç kësaj, shërben si një pararendës për sintezën ndërqelizore prostaglandina, prostaciklina, tromboksane Dhe leukotrienet- klasa të rëndësishme të molekulave rregullatore. Acidi arakidonik formohet gjithashtu nga produktet e zbërthimit të diacil-gliceroleve.

Prostaglandinat, prostaciklinat dhe tromboksanët sintetizohen nga acidi arachidonic Rruga e varur nga ciklooksigjenaza, dhe leukotrienet - Rruga e varur nga lipoksigjenaza. Një nga efektet antiinflamatore të glukokortikoideve është pikërisht frenimi i fosfolipazës A 2, e cila çliron acidin arachidonic nga fosfolipidet. Acidi acetilsalicilik (aspirina ) dhe barna të tjera anti-inflamatore jo-steroide pengojnë oksidimin e acidit arachidonic nga ciklooksigjenaza.

Oriz. 2-11. Rrugët e sinjalizimit të acidit arakidonik.

Emërtimet: PG - prostaglandin, LH - leukotriene, GPETE - hydroperoxyeikosatetraenoate, GETE - hydroxyeikosatetraenoate, EPR - retikulum endoplazmatik

Calmodulin: struktura dhe funksionet

Një sërë procesesh jetike qelizore, duke përfshirë lirimin e neurotransmetuesve, sekretimin e hormoneve dhe tkurrjen e muskujve, rregullohen nga nivelet e Ca 2+ citosolike. Një mënyrë se si ky jon ndikon në proceset qelizore është nëpërmjet lidhjes së tij me kalmodulinën.

Kalmodulin- proteina me peshë molekulare 16700 (Fig. 2-12 A). Është i pranishëm në të gjitha qelizat, ndonjëherë duke zënë deri në 1% të përmbajtjes së tyre totale të proteinave. Kalmodulin lidh katër jone kalciumi (Fig. 2-12 B dhe C), pas së cilës ky kompleks rregullon aktivitetin e proteinave të ndryshme ndërqelizore, shumë prej të cilave nuk janë proteina kinaza.

Kompleksi Ca 2+ me kalmodulin aktivizon gjithashtu proteina kinazat e varura nga kalmodulina. Kinazat e proteinave specifike të varura nga kalmodulina fosforilojnë proteinat efektore specifike, të tilla si zinxhirët e lehtë rregullues të miozinës, fosforilaza dhe faktori II i zgjatjes. Protein kinazat e varura nga kalmodulina multifunksionale fosforilojnë proteina të shumta bërthamore, citoskeletore ose membranore. Disa protein kinaza të varura nga kalmodulina, si p.sh

zinxhiri i lehtë i miozinës dhe fosforilazkinaza veprojnë vetëm në një substrat qelizor, ndërsa të tjerët janë multifunksionalë dhe fosforilojnë më shumë se një proteinë substrati.

Proteina kinase II e varur nga kalmodulina është një proteinë kryesore e sistemit nervor. Në disa zona të trurit ajo përbën deri në 2% të proteinës totale. Kjo kinazë është e përfshirë në mekanizmin në të cilin një rritje në përqendrimin e Ca 2+ në terminalin nervor shkakton lirimin e një neurotransmetuesi nga ekzocitoza. Substrati kryesor i tij është një proteinë e quajtur të pranishme në mbaresat nervore dhe që lidhen me sipërfaqen e jashtme të vezikulave sinaptike. Kur synapsin I lidhet me vezikulat, ajo parandalon ekzocitozën. Fosforilimi i synapsin I bën që ajo të ndahet nga vezikulat, duke i lejuar ato të lëshojnë neurotransmetues në çarjen sinaptike nga ekzocitoza.

Kinaza e zinxhirit të lehtë të miozinës luan një rol të rëndësishëm në rregullimin e tkurrjes së muskujve të lëmuar. Një rritje në përqendrimin e Ca 2+ citosolik në qelizat e muskujve të lëmuar aktivizon kinazën e zinxhirit të lehtë të miozinës. Fosforilimi i zinxhirëve të lehtë rregullues të miozinës çon në tkurrje të zgjatur të qelizave të muskujve të lëmuar.

Oriz. 2-12. Kalmodulin.

A - kalmodulin pa kalcium. B - lidhja e kalciumit me kalmodulinën dhe objektivin peptid. B - skema e lidhjes.

Emërtimet: EF - Ca 2+ - domenet lidhëse të kalmodulinës

Receptorët me aktivitet enzimatik të brendshëm (receptorët katalitikë)

Hormonet dhe faktorët e rritjes lidhen me proteinat e sipërfaqes së qelizës që kanë aktivitet enzimatik në anën citoplazmike të membranës. Figura 2-13 tregon pesë klasat e receptorëve katalitikë.

Një nga shembujt tipikë të transmembranës receptorët me aktivitet guanilate ciklaze, receptor peptid natriuretik atrial (ANP). Receptori i membranës me të cilin lidhet ANP është i pavarur nga sistemet e transduksionit të sinjalit. Veprimi i agonistëve jashtëqelizorë u përshkrua më sipër, të cilët, duke u lidhur me receptorët e membranës, ose aktivizojnë adenilate ciklazën nëpërmjet proteinave G s, ose e frenojnë atë nëpërmjet G i.

Receptorët e membranës për ANP janë interesantë sepse vetë receptorët kanë aktivitet guanilate ciklaze, të stimuluar nga lidhja e ANP me receptorin.

Receptorët ANP kanë një domen jashtëqelizor lidhës ANP, një spirale të vetme transmembranore dhe një domen guanilate ciklaze ndërqelizore. Lidhja e ANP me receptorin rrit nivelet e cGMP ndërqelizore, gjë që stimulon protein kinazën e varur nga cGMP. Në ndryshim nga protein kinaza e varur nga cAMP, e cila ka njësi rregullatore dhe katalitike, domenet rregullatore dhe katalitike të protein kinazës së varur nga cGMP janë të vendosura në të njëjtin zinxhir polipeptid. Kinaza e varur nga cGMP pastaj fosforilon proteinat ndërqelizore, duke çuar në përgjigje të ndryshme qelizore. Receptorët me aktivitet serine-treonin kinazë

Një familje tjetër e receptorëve të membranës jo të lidhur me proteina G përbëhet nga proteina me aktivitet të brendshëm tirozinë-proteinë kinazë. Receptorët me aktivitetin e vet tirozino-protein kinaze janë proteina me një domen jashtëqelizor të glikoziluar, të vetmet

rajoni transmembranor dhe domeni ndërqelizor me aktivitet tirozino-protein kinazë. Lidhja e një agonisti me ta, p.sh. faktori i rritjes nervore (NGF), stimulon aktivitetin e tirozinës-protein kinazës, e cila fosforilon proteinat efektore specifike në mbetje të caktuara të tirozinës. Shumica e receptorëve të faktorit të rritjes dimerizohen kur NGF lidhet me ta. Është dimerizimi i receptorit që çon në shfaqjen e aktivitetit të tij të proteinës tirozine kinazës. Receptorët e aktivizuar shpesh fosforilohen, gjë që quhet autofosforilim.

Tek superfamilja receptorët peptide përfshijnë receptorët e insulinës. Këto janë gjithashtu proteina kinaza të tirozinës. Në nënklasën e receptorëve që i përkasin familjes së receptorëve të insulinës, receptori i paliganduar ekziston si një dimer i lidhur me disulfidin. Ndërveprimi me insulinën çon në ndryshime konformacionale në të dy monomerët, gjë që rrit lidhjen e insulinës, aktivizon receptorin e tirozinës kinazës dhe çon në rritjen e autofosforilimit të receptorit.

Lidhja e një hormoni ose faktori rritjeje me receptorin e tij shkakton një sërë përgjigjesh qelizore, duke përfshirë hyrjen e Ca 2+ në citoplazmë, rritjen e metabolizmit të Na +/H +, stimulimin e marrjes së aminoacideve dhe sheqerit, stimulimin e fosfolipazës C β dhe hidroliza e difosfatit fosfatidilinositol.

Receptorët hormoni i rritjes, prolaktina Dhe eritropoietin, ashtu si receptorët interferoni dhe shumë citokinat, nuk shërbejnë drejtpërdrejt si protein kinaza. Megjithatë, pas aktivizimit, këta receptorë formojnë komplekse sinjalizuese me tirozino-protein kinazat ndërqelizore, të cilat shkaktojnë efektet e tyre ndërqelizore.

Kjo është arsyeja pse ata nuk janë receptorë të vërtetë me aktivitetin e tyre tirozino-protein kinazë, por thjesht lidhen me ta. Në bazë të strukturës, mund të supozohet se transmembranore Fosfatazat e proteinave të tirozinës

janë gjithashtu receptorë, dhe aktiviteti i tyre tirozino-protein fosfataza modulohet nga ligandët jashtëqelizor.

Oriz. 2-13. Receptorët katalitikë.

A - receptor guanil ciklaze, B - receptor me aktivitet serine-treonin kinaze, B - receptor me aktivitetin e tij tirozin-protein kinaze, D - receptore te lidhur me aktivitetin e tirozin-protein kinazes

Receptorët e interferonit nuk janë direkt proteina kinaza. Pasi aktivizohen, këta receptorë formojnë komplekse sinjalizuese me kinazat tirozino-proteinike ndërqelizore, të cilat shkaktojnë efektet e tyre ndërqelizore. Kjo do të thotë, ata nuk janë receptorë të vërtetë me aktivitetin e tyre të tirozinës-protein kinazës, por thjesht lidhen me ta, të ashtuquajturit receptorë. tirozin-protein kinaza të lidhura me receptorët (të varura nga receptorët).

Mekanizmat me të cilët këta receptorë ushtrojnë efektet e tyre shkaktohen kur një hormon lidhet me receptorin, duke shkaktuar dimerizimin e tij. Një dimer receptor lidh një ose më shumë anëtarë Janusi-familja e proteinave tirozine kinaza (JAK). JAK pastaj kryq

fosforilojnë njëri-tjetrin si dhe receptorin. Anëtarët e transduktorëve të sinjalit dhe aktivizuesit e familjes së transkriptimit (STAT) lidhin domenet e fosforiluara në receptorin dhe kompleksin JAK. Proteinat STAT fosforilohen nga kinazat JAK dhe më pas shkëputen nga kompleksi sinjalizues. Proteinat STAT të fosforiluara përfundimisht formojnë dimerë që lëvizin në bërthamë për të aktivizuar transkriptimin e gjeneve të caktuara.

Specifikimi i receptorit për çdo hormon varet pjesërisht nga specifika e anëtarëve të familjes JAK ose STAT që kombinohen për të formuar kompleksin sinjalizues. Në disa raste, kompleksi sinjalizues aktivizon gjithashtu kaskadën e kinazës MAP (proteina aktivizuese e mitogjenit) përmes proteinave përshtatëse të përdorura nga receptorët tirozinë kinaza. Disa nga përgjigjet e ligandës së receptorit të tirozinës kinazës përfshijnë gjithashtu rrugët JAK dhe STAT.

Oriz. 2-14. Shembull i receptorëve katalitikë të lidhur me aktivitetin e proteinës së tirozinës kinazës. receptor α-aktivizuar -interferoni (A) dheγ - interferoni (B)

Proteinat G monomerike të ngjashme me Ras dhe rrugët e tyre të transduksionit të ndërmjetësuara

Një ligand, si faktori i rritjes, lidhet me një receptor që ka aktivitetin e vet të proteinës tirozinë kinazë, duke rezultuar në rritjen e transkriptimit në një proces me 10 hapa. Proteinat monomerike të lidhura me GTP të ngjashme me Ras marrin pjesë në rrugën e transduksionit të sinjalit në fazën e transmetimit të sinjalit nga receptorët me aktivitetin e tyre tirozino-protein kinazë (për shembull, receptorët e faktorit të rritjes) te efektorët ndërqelizor. Aktivizimi dhe inaktivizimi i proteinave monomerike që lidhen me GTP kërkon proteina rregulluese shtesë. Proteinat monomerike G aktivizohen nga proteinat çliruese të nukleotideve të guaninës (GNRPs) dhe inaktivizohen nga proteinat aktivizuese të GTPase (GAPs).

Proteinat monomerike që lidhen me GTP të familjes Ras ndërmjetësojnë lidhjen e ligandëve mitogjenë dhe receptorëve të tyre tirozinë-proteinë kinazë, gjë që shkakton procese ndërqelizore që çojnë në përhapjen e qelizave. Kur proteinat Ras janë joaktive, qelizat nuk i përgjigjen faktorëve të rritjes që veprojnë përmes receptorëve të tirozinës kinazës.

Aktivizimi i Ras shkakton një rrugë të transduksionit të sinjalit, duke çuar përfundimisht në transkriptimin e gjeneve të caktuara që nxisin rritjen e qelizave. Kaskada e MAP kinazës (MAPK) është e përfshirë në përgjigjet pas aktivizimit të Ras. Proteina kinaza C gjithashtu aktivizon kaskadën e kinazës MAP. Kështu, kaskada e kinazës MAP duket të jetë një pikë e rëndësishme konvergjence për një sërë efektesh që nxisin përhapjen e qelizave. Për më tepër, ekziston një kryqëzim midis proteinës kinazës C dhe tirozinës kinazës. Për shembull, izoforma γ e fosfolipazës C aktivizohet duke u lidhur me proteinën e aktivizuar Ras. Ky aktivizim transmetohet tek proteina kinaza C në procesin e stimulimit të hidrolizës fosfolipide.

Figura 2-15 tregon një mekanizëm që përfshin 10 faza.

1. Lidhja e ligandit çon në dimerizimin e receptorit.

2.Proteina e aktivizuar tirozin kinaza (RTK) fosforilohet vetë.

3.GRB 2 (proteina-2 e lidhur me receptorin e faktorit të rritjes), një proteinë që përmban SH 2, njeh mbetjet e fosfotirozinës në receptorin e aktivizuar.

4. Lidhja GRB 2 përfshin SOS (djali i pa shtatë) Proteina e shkëmbimit të nukleotideve të guaninës.

5.SOS aktivizon Ras duke formuar GTP në Ras në vend të GDP.

6. Kompleksi aktiv Ras-GTP aktivizon proteinat e tjera duke i inkorporuar ato fizikisht në membranën plazmatike. Kompleksi aktiv Ras-GTP ndërvepron me pjesën N-terminale të serine-treonin kinazës Raf-1 (e njohur si proteina aktivizuese e mitogjenit, MAP), e para në një seri proteinash kinazash të aktivizuara që transmetojnë një sinjal aktivizimi në qelizë. bërthama.

7.Raf-1 fosforilon dhe aktivizon një proteinë kinazë të quajtur MEK, e cila njihet si MAP kinase kinase (MAPKK). MEK është një protein kinazë multifunksionale që fosforilon substratet e mbetjeve të tirozinës dhe serinës/treoninës.

8.MEK fosforilon MAP kinazën (MAPK), e cila gjithashtu nxitet nga kinaza rregullatore e sinjalit jashtëqelizor (ERK 1, ERK 2). Aktivizimi i MAPK kërkon fosforilim të dyfishtë në mbetjet fqinje të serinës dhe tirozinës.

9. MAPK shërben si një molekulë efektore kritike në transduksionin e sinjalit të varur nga Ras sepse fosforilon shumë proteina qelizore pas stimulimit mitogjenik.

10. MAPK i aktivizuar zhvendoset në bërthamë, ku fosforilon faktorin e transkriptimit. Në përgjithësi, Ras i aktivizuar aktivizon MAP

duke u lidhur me të. Kjo kaskadë rezulton në fosforilimin dhe aktivizimin e MAP kinazës, e cila nga ana e saj fosforilon faktorët e transkriptimit, substratet proteinike dhe kinazat e tjera proteinike të rëndësishme për ndarjen e qelizave dhe përgjigjet e tjera. Aktivizimi i Ras varet nga proteinat përshtatëse që lidhen me domenet e fosfotirozinës në receptorët e aktivizuar nga faktori i rritjes. Këto proteina përshtatëse lidhen dhe aktivizojnë GNRF (proteina e shkëmbimit të nukleotideve të guaninës), e cila aktivizon Ras.

Oriz. 2-15. Rregullimi i transkriptimit nga proteinat monomerike G të ngjashme me Ras, të shkaktuara nga një receptor me aktivitetin e tij tirozinë-protein kinazë

Rregullimi i transkriptimit nga proteina ndërvepruese e elementit të ADN-së të varur nga cAMP (CREB)

CREB, një faktor transkriptimi i shpërndarë gjerësisht, zakonisht lidhet me një rajon të ADN-së të quajtur CRE (elementi i përgjigjes së cAMP). Në mungesë të stimulimit, CREB defosforilohet dhe nuk ka efekt në transkriptim. Rrugët e shumta të transduksionit të sinjalit nëpërmjet aktivizimit të kinazave (si PKA, Ca 2+ /kalmodulin kinaza IV, MAP kinaza) çojnë në fosforilimin e CREB. CREB i fosforiluar lidhet C.B.P.(Proteina që lidh CREB- Proteina lidhëse CREB), e cila ka një domen stimulues të transkriptimit. Paralelisht, fosforilimi aktivizon PP1

(fosfoproteinë fosfataza 1), e cila defosforilon CREB, duke rezultuar në ndalimin e transkriptimit.

Është treguar se aktivizimi i mekanizmit të ndërmjetësuar nga CREB është i rëndësishëm për zbatimin e funksioneve më të larta njohëse si mësimi dhe kujtesa.

Figura 2-15 tregon gjithashtu strukturën e PKA të varur nga cAMP, e cila në mungesë të cAMP përbëhet nga katër nënnjësi: dy rregullatore dhe dy katalitike. Prania e nënnjësive rregullatore shtyp aktivitetin enzimatik të kompleksit. Lidhja e cAMP shkakton ndryshime konformacionale në nënnjësitë rregullatore, duke rezultuar në ndarjen e nënnjësive rregullatore nga nënnjësitë katalitike. PKA katalitike hyn në bërthamën e qelizës dhe fillon procesin e përshkruar më sipër.

Oriz. 2-16. Rregullimi i transkriptimit të gjeneve nga CREB (Proteina lidhëse e elementit të përgjigjes cAMP) nëpërmjet rritjes së niveleve ciklike të adenozinës monofosfatit

Proteinat rregullatore që lidhen me nukleotidin e guanidinës, ose proteinat G, janë përgjegjëse për transmetimin e sinjaleve të një sërë hormonesh ose neurotransmetuesish në një sërë objektivash qelizore. Katër proteina G u pastruan në mënyrë homogjene dhe u karakterizuan biokimikisht: G t (transducin), G s, G i dhe G o. Doli që secila prej tyre ka objektiva unike ose proteina efektore G t aktivizon cGMP-specifike në segmentet e shufrave të retinës, përkatësisht G s dhe frenon adenilate ciklazën; është i pranishëm në sasi të mëdha në qelizat e trurit dhe, me sa duket, frenon kanalin elektrosensitive të Ca 2+ në neurone. Përveç kësaj, ka pothuajse me siguri të tjera G-proteina që nuk janë izoluar ende. disa lajmëtarë të dytë. Ekziston një proteinë Gk që duket se hap kanale specifike K+ në muskujt e zemrës dhe qelizat e tjera G– brenda qelizës mund t'i përgjigjen lidhjes së ligandit me një nga disa receptorë. Ata mund të kenë më shumë se një objektiv.

Të katër proteinat e izoluara janë heterotrimere αβγ. Ato kanë dallime mjaft të mëdha ndërmjet nënnjësive. Ekzistojnë, për shembull, tre nën-njësi α. Të paktën 2 β - nën-njësi janë të njohura deri më tani. Ka gjithashtu informacione se dallime të rëndësishme janë gjetur edhe në nën-njësitë. A-nënnjësitë lidhin GTP dhe kanë aktivitet GTPase kur shkëputen nga çifti βγ-nënnjësi. Nën-njësia α përmban gjithashtu një vend në të cilin mund të ndodhë ADP-ribozilimi nga ekzotoksinat bakteriale G i, G o dhe Gt (transducin) modifikohen nga toksina e kollës së mirë, dhe Gs dhe Gt nga toksina e kolerës. Ky modifikim kovalent bllokon fosforilimin e proteinës G dhe shërben si një nga testet për pjesëmarrjen e proteinave G si ndërmjetëse në përgjigjet qelizore.

Të gjitha proteinat G janë të lidhura ngushtë me membranën plazmatike, me përjashtim të transducinës. Asnjëra nënnjësi nuk është një proteinë transmembranore.

Rinovimi i fosfatidilinositolit dhe lajmëtarët e dytë

Objektivat më të zakonshëm të proteinave G janë adenilate ciklaza (për G s dhe G i) dhe fosfolipaza C, përgjegjëse për hidrolizën e fosfatidilinozitolit (për Gp). Modulimi i adenilate ciklazës çon në ndryshime në përqendrimin ndërqelizor të cAMP, i cili dihet se shërben si një lajmëtar i dytë, duke ndikuar në shumë procese ndërqelizore. Një nga pasojat e rritjes së përmbajtjes së cAMP është, për shembull, stimulimi i proteina kinazës së varur nga cAMP (proteina kinaza A), e cila nga ana tjetër fosforilon substrate proteinike specifike. Qelizat përmbajnë gjithashtu dy lloje proteinash të varura nga Ca 2+, të aktivizuara përkatësisht nga Ca 2+ - kalmodulin dhe Ca 2+ së bashku me diacilglicerolin dhe fomphatidilserinën (proteina kinaza C). Aktiviteti i të dy kinazave rregullohet nga lajmëtarët e dytë të formuar gjatë degradimit të fosfatidilinozitolit, i cili në shumë qeliza inicohet nga aktivizimi i fosfolipazës specifike C të varur nga proteina G.

Fosfatidilinositoli përbën vetëm 2-8% të të gjitha fosfolipideve të përmbajtura në membranat qelizore eukariote. Struktura e kokës polare përfaqësohet nga mioinozitol. Ky përbërës u izolua nga muskujt për herë të parë. Një pjesë e vogël e fosfotidilinositolit fosforilohet në pozicionin 4 ose në pozicionet 4 dhe 5. Ndërmjet 1 dhe 10% e fosfatidilinozitolit të pranishëm në membranë është fosfotidilinositol(4,5) bifosfat. Ky komponent është ndoshta objektivi i parë për fosfolipazën C specifike të fosfotidilinositolit, e cila aktivizohet në shumë qeliza nga proteina G. Hidroliza e mëvonshme çon në degradimin e shpejtë të fosfatidilinozitolit në membranën plazmatike dhe një rritje afatshkurtër të sasisë së produkteve të degradimit. Produktet e prishjes veprojnë si lajmëtarë të dytë dhe janë të përfshirë në shumë procese qelizore. Studimi i këtij sistemi ende nuk ka përfunduar, por sekuenca e ngjarjeve është si më poshtë:

Produktet fillestare të hidrolizës së fosfotidilinositol (4,5) - bifosfat janë diacilgliceroli dhe inozitoli (1,4,5) - trifosfati. Diacilgliceroli lidhet me membranën dhe inositol (1,4,5) trifosfati është një komponent i tretshëm. Në mënyrë tipike, acidet yndyrore fosfatidilinositol janë acidi stearik në pozicionin 2 dhe acidi arachidonic në pozicionin 2 të glicerinës.

Trifosfati i inozitolit (1,4,5) shërben si një lajmëtar i dytë dhe funksioni i tij kryesor duket të jetë mobilizimi i Ca 2+ i akumuluar në rrjetin endoplazmatik. Ndoshta ky komponent, nëpërmjet lidhjes direkte, hap kanale specifike Ca 2+ në ER, gjë që çon në një rritje të përqendrimit të Ca 2+ në citoplazmë disa herë.

Në mënyrë tipike, përqendrimi i kalciumit të lirë në citoplazmë është 0.1 μM.

Një kinazë specifike konverton një pjesë të inozitol (1,4,5) trifosfat në një produkt tetrafosforiluar (inositol (1,3,4,5) tetrafosfat). Formohen edhe të tjera, duke përfshirë fosfoinozidet ciklike, dhe disa prej tyre kanë një rëndësi të caktuar fiziologjike.

Një nga enzimat e rregulluara nga Ca 2+ është fosfolipaza C, e cila në përqendrime të ulëta të kalciumit përdor si substrat fosfotidilinozitol (4,5) bifosfat, por në përqendrime më të larta të kalciumit përdor fosfatidilinozitol të pafosforiluar.

Kjo mund të lehtësojë hidrolizën e shpejtë të menjëhershme të pjesës më të madhe të fosfatidilinozitolit.

Bazuar në sa më sipër, mund të argumentohet se gjatë funksionimit të këtij sistemi, formohen të paktën tre lajmëtarë dytësorë të njohur: diacilgliceroli, inositol (1,4,5) trifosfat dhe acidi arachidonic. Secili prej këtyre ndërmjetësuesve kryen funksione specifike, duke përfshirë rritjen e niveleve ndërqelizore të kalciumit dhe aktivizimin e proteinave kinazave të varura nga kalciumi.

Shumica e receptorëve i përkasin familjes së shtatëfishtë të membranës gjarpri receptorë (të ngjashëm me gjarpërinjtë). Këta receptorë kryejnë një sërë funksionesh sinjalizuese biologjike. Këto përfshijnë receptorët e qelizave të shijes. Qindra lloje të ndryshme receptorësh të vendosur në qelizat e llambave nuhatëse të hundës sonë transmetojnë informacion në lidhje me praninë e ligandëve të aromës. Receptorët serpentinë kanë një origjinë shumë të lashtë. Ato përdoren, për shembull, nga qelizat e majave, të cilat sekretojnë faktorët polipeptidë të nevojshëm për çiftëzimin dhe i njohin ato me ndihmën e receptorëve sipërfaqësor, të cilët janë të njëjtët receptorë serpentinë që kalojnë shtatë herë membranën. Struktura unike e rajoneve lidhëse-ligande të receptorëve serpentinë lejon lidhjen e ligandëve të natyrave dhe peshave molekulare të ndryshme.

Ekzistojnë qindra forma të ndryshme të receptorëve të proteinës G, dhe diversiteti kimik i ligandëve të tyre është jashtëzakonisht i madh. Receptorë shumë specifikë të kësaj familjeje reagojnë ndaj:

ü molekula të vogla si katekolaminat, peptidet dhe kemokinat;

ü komponimet me molekulare të lartë, të tilla si hormonet glikoproteinike;

ü trombinë;

ü impulset e dritës;

ü substanca me erë të paqëndrueshme.

Edhe pse struktura e përgjithshme e proteinave G është e njëjtë, e rëndësishme dallimet:

Ø renditje të ndryshme të këtyre proteinave në shtresën e dyfishtë lipidike;

Ø ndryshime në strukturën hapësinore të receptorëve, gjë që shpjegon praninë e të ndryshëm
vendet e lidhjes dhe specifikat e këtyre molekulave.

Figura 8 ilustron disa nga ndryshimet strukturore të receptorëve të lidhur me proteinën G dhe shpjegon specifikën e gjerë të ligandit të kësaj klase proteinash.

Nga fillimi i viteve 1990, më shumë se njëqind receptorë të tillë të lidhur me proteinën G ishin izoluar. Kjo superfamilje përfshin receptorët për katekolaminat, acetilkolinën, serotoninën, histaminën, angiotensinën etj.

Ato formojnë një superfamilje proteinash integrale me gjatësi 400-600 aminoacide. Zinxhiri përmban 7 zona shumë të konservuara , i formuar nga 22-28 aminoacide hidrofobike (Fig. 9 dhe Fig. 10). Këto rajone hidrofobike ndoshta formojnë spirale alfa dhe kalojnë membranën plazmatike 7 herë. Ato ndahen nga segmente të mëdha hidrofile të drejtuara nga jashtë dhe nga brenda qelizës. N-terminus molekula e receptorit e vendosur në jashtëqelizore hapësirë ​​dhe ka zona ku ndodh N-glikozilimi. Supozohet se rajonet e sheqerit janë të përfshira në lidhjen e terminalit N të receptorit në membranë. Aktiv C-terminali përballë fragmentit brenda qelisë, ka zona ku mund të ndodhë fosforilimi i GTPazës së varur nga cAMP. Vendi i ndërveprimit me proteinën që lidh GTP ndodhet në lakun e tretë citoplazmatik.

Tiparet dalluese strukturore të receptorëve serpentinë në përgjithësi janë prania N-terminus jashtëqelizor dhe C-terminus intraqelizor, shtatë spirale transmembranore (TM), tre unaza jashtëqelizore (e1-3) dhe tre sythe brendaqelizore (i1-3)(shih Fig. 10).

Proteinat Gështë një familje proteinash që i përkasin GTPases dhe që funksionojnë si lajmëtarë të dytë në kaskadat sinjalizuese ndërqelizore. Proteinat G janë quajtur kështu sepse në mekanizmin e tyre sinjalizues ato përdorni zëvendësimin e GDP me GTP si një "çelës" funksional molekular për rregullimin e proceseve qelizore.

Proteinat G ndahen në dy grupe kryesore:

Ø heterotrimerik "i madh".- këto janë proteina me struktura kuaternare, i përbërë nga tre nënnjësi:

ü alfa (α),

ü beta (β),

ü gama (γ)

Ø "e vogel"- këto janë proteina nga një zinxhir polipeptid, kanë një peshë molekulare 20-25 kDa dhe i përkasin superfamiljes Ras (proteina të vogla G, rregullojnë ndarjen qelizore) të GTPases të vogla. Zinxhiri i tyre i vetëm polipeptid është homolog me nën-njësinë α të proteinave G heterotrimerike.

Të dy grupet e proteinave G janë të përfshirë në sinjalizimin ndërqelizor.

Mekanizmi kryesor i veprimit sinjalizues të proteinave G. Proteina G përbëhet nga tre polipeptide:

ü α-nënnjësi, e lidhur me molekulën GTP dhe e hidrolizon atë,

ü Nënnjësitë β- dhe γ formojnë një dimer të lidhur fort me lidhje jokovalente.

Gjatë lidhjes α-nënnjësi me një molekulë GDP dhe me nënnjësitë βγështë formuar trimer joaktiv, e cila ngjitet në rajonin C-terminal të receptorit. Lidhja e ligandit me këtë receptor rezulton në një ndryshim në konformimin e domenit citoplazmatik të receptorit. Ndryshon edhe konformacioni i nën-njësisë α, ndërsa afiniteti i saj për GDP zvogëlohet, dhe PBB-ja është e ndarë nga faqja aktive α-nënnjësi.

GTP lidhet me shpejtësi me zonën aktive sepse përqendrimi i tij ndërqelizor është afërsisht 10 herë më i madh se GDP. Pas lidhjes së GTP Nën-njësia α merr një konformacion aktiv dhe shkëputet të dyja nga receptori, dhe nga nënnjësia βγ. i lidhur me GTP Nën-njësia α aktivizon molekula të ndryshme efektore (për shembull, adenilate ciklaza, e cila formon cAMP). Nën-njësia α mbetet aktive për aq kohë sa përbërësi i saj GTPaza nuk hidrolizon GTP në GDP. Menjëherë pas hidrolizës GTP a- dhe βγ-nënnjësitë rilidhen dhe kthehen në receptor. Fazat kryesore të këtij procesi janë paraqitur në Fig. 11.

Më parë, besohej se vetëm nën-njësia α e proteinës G ndërvepron me efektorin, dhe kompleksi βγ ose nuk merr pjesë fare në këtë proces ose vepron si një rregullator negativ. Tashmë dihet se βγ nënnjësi mund gjithashtu aktivizojnë molekulat efektore(për shembull, kanalet K + muskarinike). Kështu, si nën-njësia α ashtu edhe kompleksi βγ përfshihen në rregullimin e përgjigjeve qelizore.

Molekulat efektore që ndërveprojnë me proteinat G. Proteinat G luajnë një rol kyç në aktivizimin e një kaskade të molekulave efektore. Molekulat kryesore efektore të kontrolluara nga proteinat G përfshijnë:

ü adenilate ciklaza

ü fosfolipaza C (PLC)

ü fosfolipaza A 2 (PLA2)

ü fosfoinositid 3-kinazë (PI 3-kinazë)

Kinaza e receptorit β-adrenergjik (PARK)

Megjithëse si nën-njësia α ashtu edhe kompleksi βγ janë të përfshirë në rregullim, mekanizmi i rregullimit është specifik për secilin efektor. Për shembull, ekzistojnë disa forma të ndryshme të adenilate ciklazës. Çdo formë e kësaj molekule efektore aktivizohet nga një nënnjësi e ndryshme e proteinës G: ose α, βγ, ose të dyja.

Roli fiziologjik i receptorëve të lidhur me proteinën G. Receptorët e lidhur me proteinën G janë të përfshirë në një gamë të gjerë procesesh fiziologjike. Këtu janë disa shembuj:

1. vizioni: opsinat përdorin një reaksion fotoizomerizimi për të kthyer rrezatimin elektromagnetik në sinjale qelizore. Rodopsina, për shembull, përdor konvertimin e 11-cis-retinal në all-trans-retinal për këtë qëllim.

2. ndjenja e nuhatjes: receptorët e epitelit të nuhatjes lidhin aromat (receptorët e nuhatjes) dhe feromonet (receptorët vomeronazalë)

3. rregullimi i sjelljes dhe humorit: receptorët në trurin e gjitarëve lidhin disa neurotransmetues të ndryshëm, duke përfshirë serotoninën, dopaminën, acidin gama-aminobutirik (GABA) dhe glutamatin

4. rregullimi i aktivitetit të sistemit imunitar dhe inflamacionit: receptorët e kemokinës lidhin ligandët që ndërmjetësojnë komunikimin ndërqelizor në sistemin imunitar; receptorët si receptori i histaminës lidhin ndërmjetësuesit inflamator dhe rekrutojnë lloje të caktuara qelizash në procesin inflamator

5. funksionimi i sistemit nervor autonom: Si sistemi nervor simpatik ashtu edhe ai parasimpatik rregullohen nëpërmjet receptorëve të lidhur me proteinën G, të cilët janë përgjegjës për shumë nga funksionet automatike të trupit, si mbajtja e presionit të gjakut, rrahjeve të zemrës dhe proceseve të tretjes.

Fitimi në kaskadat e transmetimit të sinjalit. Gjatë periudhës së shkurtër të aktivitetit të saj, adenilate ciklaza prodhon disa qindra molekula cAMP (Fig. 12). Pasi molekulat e prodhuara të cAMP aktivizojnë proteinën kinazën A, ajo fosforilon dhe aktivizon enzimën glikogjen fosforilazë, e cila zbërthen glikogjenin në glukozë-1-fosfat. Proteina kinaza A gjithashtu fosforilon glikogjen sintazën, e cila çon në frenimin e aktivitetit të saj dhe kështu parandalon shndërrimin e glukozës së çliruar në glikogjen. Këto dy efekte së bashku sigurojnë mobilizimin e glukozës përmes zbërthimit të glikogjenit të ruajtur në mëlçi.

Kjo fazë prodhon një përforcim të madh të sinjalit. Një molekulë adrenaline mund të shkaktojë aktivizimin e qindra nënnjësive α të proteinave G. Secila prej tyre, nga ana tjetër, do të aktivizojë adenilate ciklazën, e cila nga ana tjetër sintetizon qindra molekula cAMP. cAMP aktivizon proteina kinazën A, e cila modifikon qindra molekula të synuara në qelizë.

Proteinat G. Koncepti dhe klasifikimi

Llojet e proteinave G

Proteina G proteina ndihmëse

Receptorët e lidhur me proteinën G

Ligandët dhe rajonet lidhëse të ligandit të receptorëve serpentinë

Klasifikimi i receptorëve të lidhur me proteinën G

Struktura receptore e receptorëve të lidhur me proteinën G

Aktivizimi i receptorëve të lidhur me proteinën G

Acetilkolina nxit hapjen e kanaleve K+ në membranë (të qelizave të muskujve të zemrës)

Rregullimi i receptorëve të varur nga proteina G

Rregullimi i receptorëve të varur nga proteina G

Roli fiziologjik i receptorëve të lidhur me proteinën G

Shembuj të receptorëve të lidhur me proteinën G

Shembuj të receptorëve të lidhur me proteinën G

Shembuj të receptorëve të lidhur me proteinën G

Receptorët hormonalë të lidhur me proteinën G

G – proteinat përmirësojnë sinjalin e transmetuar. Për shembull, transmetuesi i impulsit nervor norepinefrina mund të ndërveprojë me receptorin e tij membranor në vetëm disa milisekonda. G - proteina rrit kohëzgjatjen e sinjalit nga milisekonda në dhjetëra sekonda, gjë që është jashtëzakonisht e rëndësishme (nuk ka nevojë të dërgoni vazhdimisht sinjale në sistemin nervor). Ka një kursim të energjisë nervore.

Receptorët e lidhur me proteinën G formojnë familjen e receptorëve "serpentinë" (ose gjarpërinj), të quajtur kështu sepse zinxhirët e tyre polipeptid kalojnë 7 herë membranën plazmatike.

Kjo familje përfshin receptorët për aminat adrenergjike, serotoninën, acetilkolinën (muskarinike), shumë hormone peptide, epitelin e nuhatjes, receptorët vizualë (në kone dhe shufra të retinës). Molekula e informacionit (për shembull, norepinefrina) lidhet me "xhepin" e formuar nga rajonet transmembranore të receptorit. Ndryshimet që rezultojnë në konformacionin e këtyre rajoneve transmetohen në sythe citoplazmike të receptorit, të cilat aktivizojnë proteinën G. Sa më shumë molekula agoniste, aq më e madhe është shkalla e lidhjes së saj me receptorin.

Desensibilizimi i receptorëve.

Kjo do të thotë që pas arritjes së një niveli fillestar të lartë të efektit (p.sh., akumulimi ndërqelizor i cAMP, rryma Na +, tkurrja e muskujve, etj.), përgjigja e qelizës zvogëlohet gradualisht gjatë një periudhe prej sekondash ose minutash, edhe përkundër pranisë së vazhdueshme të sinjalizimit. molekulë. Desensibilizimi është i kthyeshëm. Kështu, 15 minuta pas heqjes së molekulës së sinjalit, ekspozimi i përsëritur i saj çon në një reagim të krahasueshëm në madhësi me atë fillestar.

Poshtë - rregullimi i receptorëve.

Receptori, kur mbistimulohet, mund të zhytet në citosol dhe qeliza, me ndihmën e enzimave lizozomale, e "tret" atë në aminoacide. Membrana ku ishte receptori është restauruar.

Ar – rregullim.

Nëse nervat që inervojnë një muskul priten në mënyrë kirurgjikale, muskuli nuk merr sinjale nga sistemi nervor dhe nuk mund të kontraktohet. Përgjigja e muskujve ndaj denervimit ka për qëllim sintezën e receptorëve shtesë. Ato sintetizohen dhe futen në membranën e jashtme qelizore. Qeliza dëshiron të marrë një sinjal për t'u kontraktuar. Sinjali nuk arrin (nervi është prerë), megjithëse ka shumë receptorë dhe ata janë veçanërisht të ndjeshëm ndaj neurotransmetuesit. Receptorët janë të vendosur edhe në vende të tjera, larg nga kryqëzimi i nervit me muskulin. Ky është i ashtuquajturi AP - rregullimi i receptorëve - sinteza e receptorëve të rinj nga qeliza dhe integrimi i tyre në membranë. Receptorët përditësohen vazhdimisht. Jetëgjatësia e receptorit është disa ditë. Në vend të atij që është plakur dhe shkatërruar nga qelia, ndërton një të re. Ky është një proces dinamik.

Kështu, receptori i ndërtuar në membranë merr një sinjal (impulsi nervor, hormoni i drogës), dhe proteina G e përforcon këtë sinjal. Elementi efektor (enzima) zbaton këtë sinjal, duke shkaktuar sintezën e lajmëtarëve të dytë në qelizë. Ata ndryshojnë shpejtësinë e reaksioneve biokimike në qeliza dhe zbatojnë drejtpërdrejt sinjalin e dërguar nga sistemi nervor ose hormonal.

Ndërmjetësuesit dytësorë.

1) kampi. merr pjesë në transmetimin e efekteve të tilla hormonale si: 1) mobilizimi i rezervave të energjisë (zbërthimi i karbohidrateve në mëlçi ose triglicerideve në qelizat dhjamore - efektet katekolaminat– (epinefrina, izoprenalina).

2) mbajtja e ujit nga veshkat - efektet vazopresina;

3) ruajtja e homeostazës së Ca +2 – efektet e hormoneve paratiroide;

4) një rritje në frekuencën dhe forcën e kontraktimeve të muskujve të zemrës - efektet e katekolaminave (epinefrina, izoprenalina)

5) rregullimi i biosintezës së steroideve në gjëndrat mbiveshkore dhe gonadat - efektet e kortikotropinës ose hormonit folikul-stimulues;

6) – relaksim i muskujve të lëmuar dhe shumë procese të tjera hormonale dhe nervore.

Kur stimuli nervor ose hormonal përfundon, efektet ndërqelizore të cAMP ndërpriten nga aktivizimi i enzimës degraduese të cAMP.

Një nga mekanizmat e veprimit terapeutik kafeinë, teofilinë dhe metilksantina të tjera është frenimi i zbërthimit të cAMP.

2) Ca +2 dhe fosfoinozitide.

Disa hormone, neurotransmetues dhe faktorë të rritjes lidhen me një receptor në sipërfaqen e qelizës efektore. Sinjali transmetohet në proteinën G. Më pas, aktivizohet fosfolipaza C, kjo e fundit copëton në mënyrë specifike fosfolipidet e membranës plazmatike me formimin e dy lajmëtarëve të dytë: 1) diacilglicerol, 2) inozitol trifosfat.

Diacilgliceroli aktivizon proteina kinazën C, e cila fosforilon enzimat dhe ndryshon aktivitetin e tyre.

Trifosfat inozitolçliron Ca 2+ nga depot brendaqelizore (retikulumi sarkoplazmatik, mitokondria). Ca 2+ ndryshon funksionet e qelizave. Për shembull, provokon tkurrje të muskujve, etj.).

Litiumi, i përdorur për të trajtuar gjendjet maniako-depresive, vepron përmes fosfoinozitideve.

3) cGMP. Ndryshe nga cAMP, ai është i përfshirë në transmetimin e sinjalit vetëm në disa lloje të qelizave. Në mukozën e zorrëve dhe muskujt e lëmuar të enëve të gjakut funksionon paralelisht me sistemin cAMP (si sistem rezervë). Mekanizmi i veprimit të cGMP ndërmjetësohet gjithashtu nga fosforilimi i proteinave.

Një përqendrim i shtuar i cGMP shkakton relaksim të muskujve të lëmuar të enëve të gjakut për shkak të defosforilimit të zinxhirëve të lehtë të miozinës.

Fosforilimi: mekanizëm i përgjithshëm.

Pothuajse të gjithë mekanizmat e transduksionit të sinjalit nëpërmjet lajmëtarëve të dytë përfshijnë fosforilimin.

Gjatë procesit të evolucionit, trupi nuk zhvilloi receptorë të veçantë për barnat. Ato veprojnë përmes receptorëve për neurotransmetuesit dhe hormonet. Pothuajse të gjitha barnat (me përjashtim, ndoshta, të anestezisë së përgjithshme) e ushtrojnë efektin e tyre përmes receptorëve.

Ne ekzaminuam në detaje receptorët e ndërtuar në membranën plazmatike të qelizës. Por ka receptorë të tjerë të drogës. Në thelb, një receptor është diçka me të cilën një ilaç lidhet (ndërvepron) në trup. Për shembull, albumina është një receptor për barnat që lidhen me të. Por ky receptor nuk është aktiv dhe nuk çon në një efekt farmakologjik.

Klasat e tjera të receptorëve të drogës përfshijnë:

1) enzimat, 2) proteinat transportuese, 3) proteinat strukturore.

Kur lidhen me barnat, ato mund të frenohen ose (më rrallë) të aktivizohen. Për shembull, dihidrofolat reduktaza është një receptor për metotreksat.

Proteinat e transportit(për shembull, receptori i membranës për glikozidet kardiake - Na +, K +, ATPase).

Proteinat strukturore(për shembull, tubulina - një receptor për ilaçet anti-inflamatore kolchicine).

Në çdo rast të ndërveprimit të një ilaçi me një receptor, formohet një kompleks ilaç-receptor, duke çuar në një ndryshim në metabolizmin në qelizë dhe organ. Zhvillohet një efekt farmakologjik. Vlera e tij është në përpjesëtim me numrin e komplekseve të receptorit të drogës.

Ilaçet veprimi i të cilave shoqërohet me stimulimin e receptorëve quhen agonistët. Agonistët janë: 1) të plotë (shkaktojnë një përgjigje maksimale) dhe 2) të pjesshëm. Këta të fundit lidhen me receptorët dhe i ngacmojnë ata. Por efekti farmakologjik është më i dobët se ai i një rregullatori natyror. Substancat që ndërhyjnë në veprimin e agonistëve të veçantë quhen antagonistë (bllokues).

Receptorët klasifikohen sipas ndjeshmërisë së tyre ndaj ndërmjetësve natyrorë dhe antagonistëve të tyre. Për shembull, receptorët e ndjeshëm ndaj acetilkolinës quhen kolinergjikë, dhe ata të ndjeshëm ndaj epinefrinës (adrenalinë) quhen adrenergjikë.

Për të ngacmuar receptorët dhe për të marrë efektin përkatës, përdoren si vetë ndërmjetësit (norepinefrina, dopamina dhe të tjerët) ashtu edhe ilaçet që kanë një afinitet për receptorët. Më shpesh, këto të fundit janë analoge strukturore të ndërmjetësve.

Disa substanca ngacmojnë receptorin përkatës jo duke ndërvepruar drejtpërdrejt me të, por duke çliruar ndërmjetës nga një formë e lidhur (fiziologjikisht joaktive) ose duke frenuar enzimat që shkatërrojnë ndërmjetësuesit.

Receptorët zënë një pjesë të vogël të membranës së jashtme qelizore. Kështu, zonat e membranës që reagojnë ndaj acetilkolinës përbëjnë vetëm 1/6000 të sipërfaqes totale të qelizës.

2. NDIKIMI NË AKTIVITETIN ENZIMOR. Veprimi i disa barnave bazohet në aktivizimin ose frenimin e enzimave. Për shembull, PHYSOSTIGMINE pengon aktivitetin e kolinesterazës, e cila shkatërron acetilkolinën. Shkakton efekte karakteristike të ngacmimit të sistemit nervor parasimpatik.

Disa medikamente mund të shkaktojnë induksion, domethënë të rrisin përmbajtjen e proteinës enzimë. Në të njëjtën kohë, aktiviteti i tyre rritet. Për shembull, fenobarbitali, duke rritur aktivitetin e UDP-glukuroniltransferazës, redukton hiperbilirubineminë.

3. NDIKIMI FIZIK DHE KIMIK NË MEMBRANAT QELIZORE.

Për disa barna, natyra e molekulave të synuara është e panjohur. Veprimi i tyre nuk shoqërohet me receptorë specifikë. Për shembull, anestetikët e përgjithshëm veprojnë duke ndryshuar transportin e joneve. Efekti terapeutik i pomadave, pluhurave dhe pomadave të lëngshme është i natyrës fizike. Ata mbrojnë zonat e prekura të lëkurës ose mukozave nga acarimi.