• Рецепторная функция. Рецепторная функция белка. Функции протеинов в организме

    Или трансмембранных ионных токов.

    Вещество, специфически соединяющееся с рецептором, называется лигандом этого рецептора. Внутри организма это обычно гормон или нейромедиатор либо их искусственные заменители, применяемые в качестве лекарственных средств и ядов (агонисты). Некоторые лиганды, напротив, блокируют рецепторы (антагонисты). Когда речь идет об органах чувств, лигандами являются вещества, воздействующие на рецепторы обоняния или вкуса . Кроме того, молекулы зрительных рецепторов реагируют на свет, а в органах слуха и осязания рецепторы чувствительны к механическим воздействиям (давлению или растяжению), вызываемым колебаниями воздуха и иными раздражителями. Существуют также термочувствительные белки-рецепторы и белки-рецепторы, реагирующие на изменение мембранного потенциала.

    Энциклопедичный YouTube

    • 1 / 5

      Клеточные рецепторы можно разделить на два основных класса - мембранные рецепторы и внутриклеточные рецепторы.

      Мембранные рецепторы

      Функция «антенн» - это распознавание внешних сигналов. Распознающие участки двух соседних клеток могут обеспечивать сцепление клеток, связываясь друг с другом. Благодаря этому клетки ориентируются и создают ткани в процессе дифференцировки. Распознающие участки присутствуют и в некоторых молекулах, которые находятся в растворе, благодаря чему они избирательно поглощаются клетками, имеющими комплементарные распознающие участки (так, например, поглощаются ЛПНП с помощью рецепторов ЛПНП).

      Два основных класса мембранных рецепторов - это метаботропные рецепторы и ионотропные рецепторы .

      Ионотропные рецепторы представляют собой мембранные каналы , открываемые или закрываемые при связывании с лигандом. Возникающие при этом ионные токи вызывают изменения трансмембранной разности потенциалов и, вследствие этого, возбудимости клетки, а также меняют внутриклеточные концентрации ионов, что может вторично приводить к активации систем внутриклеточных посредников. Одним из наиболее полно изученных ионотропных рецепторов является н-холинорецептор .

      Метаботропные рецепторы связаны с системами внутриклеточных посредников. Изменения их конформации при связывании с лигандом приводит к запуску каскада биохимических реакций, и, в конечном счете, изменению функционального состояния клетки. Основные типы мембранных рецепторов:

      1. Рецепторы, связанные с гетеротримерными G-белками (например, рецептор вазопрессина).
      2. Рецепторы, обладающие внутренней тирозинкиназной активностью (например, рецептор инсулина или рецептор эпидермального фактора роста).

      Рецепторы, связанные с G-белками, представляют собой трансмембранные белки, имеющие 7 трансмембранных доменов, внеклеточный N-конец и внутриклеточный C-конец. Сайт связывания с лигандом находится на внеклеточных петлях, домен связывания с G-белком - вблизи C-конца в цитоплазме.

      Активация рецептора приводит к тому, что его α-субъединица диссоциирует от βγ-субъединичного комплекса и таким образом активируется. После этого она либо активирует, либо наоборот инактивирует фермент , продуцирующий вторичные посредники.

      Рецепторы с тирозинкиназной активностью фосфорилируют последующие внутриклеточные белки, часто тоже являющиеся протеинкиназами, и таким образом передают сигнал внутрь клетки. По структуре это - трансмембранные белки с одним мембранным доменом. Как правило, гомодимеры, субъединицы которых связаны дисульфидными мостиками .

      Внутриклеточные рецепторы

      Внутриклеточные рецепторы - как правило, факторы транскрипции (например, рецепторы глюкокортикоидов) или белки, взаимодействующие с факторами транскрипции. Большинство внутриклеточных рецепторов связываются с лигандами в цитоплазме, переходят в активное состояние, транспортируются вместе с лигандом в ядро клетки, там связываются с ДНК и либо индуцируют, либо подавляют экспрессию некоторого гена или группы генов.
      Особым механизмом действия обладает оксид азота (NO). Проникая через мембрану, этот гормон связывается с растворимой (цитозольной) гуанилатциклазой, которая одновременно является и рецептором оксида азота, и ферментом, который синтезирует вторичный посредник - цГМФ.

      Основные системы внутриклеточной передачи гормонального сигнала

      Аденилатциклазная система

      Центральной частью аденилатциклазной системы является фермент аденилатциклаза , который катализирует превращение АТФ в цАМФ . Этот фермент может либо стимулироваться G s -белком (от английского stimulating), либо подавляться G i -белком (от английского inhibiting). цАМФ после этого связывается с цАМФ-зависимой протеинкиназой, называемой так же протеинкиназа А , PKA. Это приводит к её активации и последующему фосфорилированию белков-эффекторов, выполняющих какую-то физиологическую роль в клетке.

      Фосфолипазно-кальциевая система

      G q -белки активируют фермент фосфолипазу С, которая расщепляет PIP2 (мембранный фосфоинозитол) на две молекулы: инозитол-3-фосфат (IP3) и диацилглицерид. Каждая из этих молекул является вторичным посредником. IP3 далее связывается со своими рецепторами на мембране эндоплазматического ретикулума , что приводит к освобождению кальция в цитоплазму и запуску многих клеточных реакций.

      Гуанилатциклазная система

      Центральной молекулой данной системы является гуанилатциклаза, которая катализирует превращение ГТФ в цГМФ . цГМФ модулирует активность ряда ферментов и ионных каналов. Существует несколько изоформ гуанилатциклазы. Одна из них активируется оксидом азота NO, другая непосредственно связана с рецептором предсердного натриуретического фактора.

      цГМФ контролирует обмен воды и ионный транспорт в почках и кишечнике, а в сердечной мышце служит сигналом релаксации.

      Фармакология рецепторов

      Как правило, рецепторы способны связываться не только с основными эндогенными лигандами, но и с другими структурно сходными молекулами. Этот факт позволяет использовать экзогенные вещества, связывающиеся с рецепторами и меняющие их состояние, в качестве лекарств или ядов.

      Так, например, рецепторы к эндорфинам - нейропептидам, играющим важную роль в модуляции боли и эмоционального состояния, связываются так же с наркотиками группы морфина . Рецептор может иметь, кроме основного участка, или «сайта» связывания со специфичным для этого рецептора гормоном или медиатором, также дополнительные аллостерические регуляторные участки, с которыми связываются другие химические вещества, модулирующие (изменяющие) реакцию рецептора на основной гормональный сигнал - усиливающие или ослабляющие её, или заменяющие собой основной сигнал. Классическим примером такого рецептора с несколькими участками связывания для разных веществ является рецептор гамма-аминомасляной кислоты подтипа А (ГАМК). Он имеет кроме сайта связывания для самой ГАМК, также сайт связывания с бензодиазепинами («бензодиазепиновый сайт»), сайт связывания с барбитуратами («барбитуратный сайт»), сайт связывания с нейростероидами типа аллопрегненолона («стероидный сайт»).

      Многие типы рецепторов могут распознавать одним и тем же участком связывания несколько разных химических веществ, и в зависимости от конкретного присоединившегося вещества находиться более чем в двух пространственных конфигурациях - не только «включено» (гормон на рецепторе) или «выключено» (на рецепторе нет гормона), а еще и в нескольких промежуточных.

      Вещество, со 100 % вероятностью вызывающее при связывании с рецептором переход рецептора в конфигурацию «100 % включено», называется полным агонистом рецептора. Вещество, со 100 % вероятностью вызывающее при связывании с рецептором переход его в конфигурацию «100 % выключено», называется обратным агонистом рецептора. Вещество, вызывающее переход рецептора в одну из промежуточных конфигураций либо вызывающее изменение состояния рецептора не со 100 % вероятностью (то есть часть рецепторов при связывании с этим веществом включится или выключится, а часть - нет), называется частичным агонистом рецептора. По отношению к таким веществам используется также термин агонист-антагонист. Вещество, не меняющее состояния рецептора при связывании и лишь пассивно препятствующее связыванию с рецептором гормона или медиатора, называется конкурентным антагонистом, или блокатором рецептора (антагонизм основан не на выключении рецептора, а на блокаде связывания с рецептором его естественного лиганда).

      Как правило, если какое-то экзогенное вещество имеет рецепторы внутри организма, то в организме есть и эндогенные лиганды для данного рецептора. Так, например, эндогенными лигандами бензодиазепинового

      Все клетки должны обладать системами, позволяющими определять состояние и изменения окружающей среды, чтобы адаптироваться к ним. Эти системы представляют собой разнообразные рецепторные молекулы, которые располагаются в поверхностных структурах, чаще всего - в плазматических мембранах, реже - в клеточных стенках, причем у грамотрицательных бактерий - в наружной мембране. Функция рецепторных молекул и их ассоциаций состоит во взаимодействии с внеклеточными компонентами и инициировании специфического клеточного ответа.

      Рецепторные молекулы в большинстве случаев представлены белками, но эту роль могут выполнять и другие молекулы, например гликолипиды, гликопротеины или сфинголипиды. Так, показано, что ганглиозиды служат местом связывания холерного и столбнячного токсинов, а также участвуют в регуляции процессов клеточного роста и дифференцировки.

      Среди огромного разнообразия клеточных рецепторов можно выделить несколько основных типов. В поверхностных структурах бактериальных, дрожжевых, животных клеток присутствуют рецепторы, определяющие способность клеток распознавать друг друга, взаимодействовать, образуя скопления, а также связываться с нерастворимыми компонентами внеклеточного матрикса. Примером рецепторов указанного типа служат белковые ворсинки, обнаруженные у патогенных штаммов E. coli, которые вызывают инфекционные заболевания мочевых путей человека. Ворсинки крепятся в наружной мембране и содержат на конце рецепторный белок - адгезин, способный специфически связываться с дигалактозидсодержащими гликолипидами. Эти липиды присутствуют на поверхности эпителиальных клеток, выстилающих мочевые пути, где размножаются бактерии.

      Другой класс рецепторов представлен молекулами, расположенными в плазматических мембранах организмов и связывающими питательные вещества и метаболиты. Эти рецепторы участвуют в процессах эндо- и экзоцитоза, определяя специфичность этих видов транспорта.

      Более сложные рецепторные реакции сопровождаются связыванием рецептора с метаболитом, гормоном или нейромедиатором, передачей сигнала внутрь клетки и следующим затем клеточным ответом. К подобному классу рецепторов относятся, например, белки бактерий, ответственные за хемотаксис . В составе плазматической мембраны E. coli присутствует рецептор для аспартата, который представляет собой трансмембранный белок. Этот белок осуществляет связывание аспартата, что влечет за собой конформационное изменение в той части молекулы, которая обращена в цитоплазму. Это изменение и служит сигналом, заставляющим опосредованным образом (через фосфорилирование другого белкового компонента системы) вращаться жгутики. В результате клетка перемещается по градиенту концентрации аспартата, получая возможность использовать его в качестве питательного субстрата. Клеточный ответ на сигнал, обусловленный рецепцией специфического вещества, может выражаться также в активации транскрипции отдельных генов. В такую рецепторную систему входит белок-регулятор, находящийся, по-видимому, в цитоплазме в растворимой форме. Считается, что рецепторы каким-то образом модифицируют регуляторные белки, и затем последние активируют транскрипцию.

      Аналогичным образом происходит передача сигнала при связывании лиганда (нейромедиатора или гормона) со специфическим рецептором на наружной поверхности мембраны животной клетки. Это событие инициирует конформационный переход в молекуле рецептора и следующий затем каскад событий в клетке, который может включать открывание канала (никотиновый ацетилхолиновый рецептор), фосфорилирование клеточных белков, сопровождающееся изменением их активности, образование комплекса с G-белками. В последнем случае G-белки активируются, высвобождаются из комплекса и диффундируют к клеточным мишеням, вызывая специфический ответ. Одной из наиболее распространенных мишеней G-белков является аденилатциклаза (катализирует образование сАМР). Конформационное изменение этого фермента приводит к изменению внутриклеточной конценрации сАМР, который, как известно (глава 3), служит вторым посредником, влияя на множество внутриклеточных процессов.

      Наконец, многие клетки имеют в составе мембран рецепторы, способные в ответ на стимул (внешний сигнал) генерировать нервный импульс. Нервный импульс, возникший в мембране специализированной рецепторной клетки передается через синапсы по отросткам центростремительных нервных клеток к центральной нервной системе, а затем по отросткам центробежных нервных клеток - к мышце или железе. В клетках скелетных мышц при этом возбуждается ацетилхолиновый рецептор и возникает потенциал действия , а через короткий промежуток времени (около 35 мс) происходит сокращение за счет движения актина и миозина внутриклеточных миофибрилл .

      Специализированные рецепторные клетки у высших животных и человека могут формировать органы чувств. Работа этих органов основана на изменении электрических характеристик рецепторных клеток в ответ на специфический стимул, т.е. на свойстве клеток генерировать нервный импульс. Более подробно эти процессы рассмотрены в главе 13 на примере функционирования органа зрения.

      Одно из условий существования живых организмов – согласованное протекание всех химических и физических процессов в клетке. В процессе эволюции происходили отбор и закрепление тех регуляторных механизмов, которые наиболее эффективно обеспечивали согласованность физико-химических процессов в биологических системах. У многоклеточных организмов для поддержания целостности организма, координации активности тканей и осуществления гибкой регуляции физиологических функций клеток в процессе эволюции выработался сложный механизм межклеточных взаимодействий, который реализуется с помощью сигнальных молекул.

      Пути регуляции функций клетки: 1. Изменение активности ферментов 2. Изменение компартментализации веществ. 3. Топодинамическая регуляция. 4. Химическая модификация белков. 5. Экспрессия генома. 6. Активация вторичных посредников.

      1. Первый путь регуляции клеточных функций обусловлен изменением активности ферментов. 2. Роль компартментализации (пространственного разделения) метаболических процессов в клетках эукариот очень велика. Локализация специфических метаболических процессов в цитозоле или в клеточных органоидах облегчает независимую регуляцию этих процессов и позволяет осуществить наиболее тонкую регуляцию метаболизма. Поскольку ферменты и субстраты зачастую разделены мембраной, изменение ее проницаемости для субстратов, несомненно, скажется на ходе ферментативных реакций.

      3. В связи с тем, что многие ферменты клетки встроены в цитоплазматические мембраны, существует третий путь регуляции клеточной активности – так называемая топодинамическая регуляция, основанная на динамической неоднородности распределения белков в мембране, их способности образовывать ассоциации. Объединение ферментов, катализирующих многоступенчатую последовательность метаболических реакций в макромолекулярный комплекс, позволяет координировать их работу и обеспечивает перемещение интермедиатов по метаболическому пути.

      4. Четвертым способом регуляции клеточной активности является химическая модификация ферментов и других белков. В зависимости от того, какая химическая группа присоединяется к белку, различают ацетилирование (введение остатка уксусной кислоты CH 3 CO-), аденилирование, гидроксилирование, метилирование, фосфорилирование и др. Присоединение химической группы изменяет функциональную активность или свойства белка, например устойчивость к протеолизу. Некоторые модификации белка (гидроксилирование, метилирование) сохраняются в течение всей его жизни, другие – в течение нескольких часов, суток (ацетилирование, аденилирование), минут (фосфорилирование). Наиболее хорошо изучено фосфорилирование белков, которое представляет собой присоединение к белку фосфатной группы.

      Ферменты, отвечающие за присоединение фосфатных групп к белковым молекулам, называют протеинкиназами. Источником фосфатной группы служит ATP. Обратную реакцию (дефосфорилирование) осуществляют протеинфосфатазы. 5. В качестве пятого способа регуляции клеточной активности следует назвать экспрессию генома. Регуляция количества белка в клетке осуществляется посредством индукции и репрессии его синтеза, т. е. в результате изменения скорости транскрипции соответствующего гена. У многоклеточных эукариот роль индукторов выполняют специфические регуляторы, например тиреоидные и стероидные гормоны.

      6. Шестым способом регуляции активности клеток является система, связанная с так называемыми вторичными посредниками (медиаторами, мессенджерами). Вследствие взаимодействия сигнальной молекулы с рецептором мембраны внутри клетки вырабатываются так называемые вторичные посредники, которые запускают каскадный механизм, приводящий в конечном итоге к изменению активности клетки.

      Виды сигнальных молекул: Небольшие липофильные молекулы, которые диффундируют через мембрану и связываются с внутриклеточными рецепторами. Липофильные молекулы, которые взаимодействуют с рецепторами клеточной мембраны. Гидрофильные молекулы, которые взаимодействуют с рецепторами клеточной мембраны (гидрофильные гормоны, факторы роста, цитокины, нейротрансмиттеры).

      К первой группе относятся стероидные гормоны, вырабатываемые половыми железами и корой надпочечников. Рецепторы стероидных гормонов обладают высокой избирательностью к лиганду. Они представлены крупными белками (50– 120 к. Да), в отсутствии гормона расположенными в цитоплазме или ядре и включающими ряд доменов, которые выполняют определенные функции.

      Ко второй группе сигнальных молекул относятся производные арахидоновой кислоты – эйкозаноиды (окисленные производные полиненасыщенных жирных кислот, от греческого слова eikosi – 20). Их представителями являются простагландины, лейкотриены, простациклины и тромбоксаны. Эйкозаноиды образуются практически во всех клетках, их биосинтез инициируется фосфолипазой А 2. Эйкозаноиды регулируют многие физиологические процессы: стимуляцию сокращения гладкомышечных клеток, болевые и воспалительные реакции, секрецию желудочного сока, агрегацию тромбоцитов и др. Наиболее хорошо из этой группы сигнальных молекул изучены простагландины.

      Третью группу сигнальных молекул составляют гидрофильные гормоны, факторы роста, лимфокины (цитокины). Гормоны вырабатываются специализированными эндокринными железами или клетками, транспортируются к клеткам-мишеням посредством кровотока. Иногда факторы роста и цитокины объединяют в группу гистогормонов. Общим для них является следующее: вырабатываются обычными неэндокринными клетками; распространяются путем диффузии в межклеточное пространство; оказывают паракринное или аутокринное действие.

      Факторы роста представляют собой белки, которые стимулируют (ингибируют) деление и развитие определенных клеток. Примеры факторов роста: эпидермальный фактор роста; фактор роста нейронов; фактор роста фибробластов (клетки соединительной ткани организма, синтезирующие внеклеточный матрикс) и др. Цитокины участвуют в воспалительных, иммунных и других защитных реакциях организма. В связи с этим они вырабатываются клетками иммунной системы. Примерами цитокинов могут служить интерлейкины и интерфероны.

      Системы регуляции клеточной активности, обусловленной вторичными посредниками. Выделяют 4 типа сигнализации действия сигнальных молекул: Эндокринная сигнализация предполагает, что сигнальные молекулы, чаще всего гормоны, образуются в клетках (эндокринные железы), находящихся на значительном расстоянии от клеток -мишеней, к которым доставляются, как правило, с током крови.

      При паракринной регуляции сигнальные молекулы, выделяемые секреторной клеткой, действуют на близлежащие клетки-мишени. Синаптическая передача, характерная только для нервной системы, в настоящем пособии рассматриваться не будет. При аутокринной сигнализации сигнальная молекула, продуцируемая данной клеткой, оказывает воздействие на эту же самую клетку. Этим путем действуют многие факторы роста.

      Межклеточная коммуникация посредством внеклеточных сигнальных молекул включает несколько основных этапов: 1. Биосинтез сигнальных молекул 2. Секреция сигнальных молекул 3. Транспорт сигнальных молекул к клеткам-мишеням 4. Восприятие сигнала специфическим рецептором. 5. Изменение клеточного метаболизма или экспрессии генов, запускаемое лиганд*-рецепторным комплексом 6. Устранение действия сигнального механизма и прекращение клеточного ответа на сигнал. * – Под лигандом здесь понимается сигнальная молекула.

      Клеточный рецептор - молекула на поверхности клетки, клеточных органелл или растворенная в цитоплазме, специфически реагирующая изменением своей пространственной конфигурации на присоединение к ней молекулы определенного химического вещества, передающего внешний регуляторный сигнал и, в свою очередь, передающая этот сигнал внутрь клетки или клеточной органеллы, нередко при помощи так называемых вторичных посредников или трансмембранных ионных токов.

      Характеристики рецепторов: 1. Селективность 2. Насыщаемость 3. Сродство к лиганду. 4. Тканевая специфичность 5. Обратимость действия

      1. Селективность. Это свойство основано на строгой структурной специфичности. Данный лиганд должен быть либо единственным веществом, связывающимся с рецептором, либо эффективно конкурировать с другими за места связывания. 2. Насыщаемость. Число мест связывания должно бытьконечным 3. Сродство к лиганду. Насыщение происходит при физиологических концентрациях агониста. Агент, который переводит рецептор в активное состояние, называется агонистом. В неактивное состояние рецептор переводит антагонист.

      4. Тканевая специфичность Связывание агониста происходит в той ткани, где наблюдается его биологическое действие. 5. Обратимость действия. Блокада связывания агониста с рецептором должна приводить к обратимости биологического эффекта.

      Классификация основанная на механизме передачи внеклеточного сигнала. Согласно этому подходу, выделяют 4 типа рецепторов: 1. Рецепторы-каналы. Связывание с лигандом приводит к изменению конформации рецептора, что позволяет определенным ионам проходить через канал. Результатом активации таких рецепторов является изменение мембранного потенциала или внутриклеточного уровня вторичного посредника. Примеры: ионные каналы и никотиновый ацетилхолиновый рецептор в нервно-мышечном соединении; Са 2+-каналы саркоплазматического ретикулума.

      2. Рецепторы, сопряженные с Gбелками. В результате связывания лиганда с рецептором активируется Gбелок, который стимулирует или ингибирует ферменты, производящие вторичные посредники. Примеры: холинергические, адренергические и др.

      3. Каталитические рецепторы, проявляющие ферментативную активность. Этот класс рецепторов включает несколько подтипов: рецепторы, проявляющие гуанилатциклазную активность; рецепторы, проявляющие фосфатазную активность; рецепторы, проявляющие тирозинкиназную активность. К последней подгруппе принадлежат рецепторы инсулина, многих ростовых факторов.

      4. Рецепторы, не проявляющие каталитической активности, но сопряженные с тирозинкиназой. Связывание с лигандом приводит к димеризации мономерных рецепторов, которые активируют тирозинкиназу. Примеры: рецепторы цитокинов, интерферонов, некоторых ростовых факторов.

      Другая классификация клеточных рецепторов: 1. Механорецепторы (рассматриваются позже) 2. Терморецепторы (вообще не рассматриваются) 3. Хеморецепторы а) ионотропные б) метаботропные

      Хеморецепторы: 1. Рецептор-канал (рис. б); 2. Рецептор сопряженный с G-белком (рис. а); 3. Рецептор проявляющий ферментативную активность (рис. гж); 4. Рецептор сопряженный с тирозинкиназой (но не проявляющий ферментативной активности) (рис. в)

      1. Строение и механизм действия рецепторов-каналов. Рецепторы-каналы никотиновые ацетилхолиновые рецепторы, находящиеся на постсинаптической мембране нервно-мышечного соединения. Никотиновый ацетилхолиновый рецептор представляет собой гликопротеин, состоящий из 5 субъединиц (2 ,), которые кодируются 4 разными генами. Он имеет 2 участка для связывания ацетилхолина. Связывание 2 молекул ацетилхолина с рецептором вызывает его конформационные изменения, что приводит к открыванию канала. Время открытого состояния канала составляет примерно 1 мсек.

      Некоторые белки клеточной мембраны выполняют рецепторную 1 функция. Они воспринимают и передают клетке информацию о действии на клетку лигандов - нейромедиаторов, гормонов и других физиологически активных веществ. Различают белки реагируют на воздействие лиганда (его «узнают»), белки, которые образуют комплекс лиганд - рецептор, и белки, которые трансформируют это действие в определенный эффект. Эффектор - это ионный канал, фермент или транспортная система. Образование комплекса рецептор - лиганд служит началом каскада реакций в клетке. Каждый последующий их этап обуславливает больший эффект, чем предыдущий. Таким образом, начальная реакция может быть незначительна, а заключительная - очень велика.
      Клеточные рецепторы - крупные белковые молекулы, в состав которых входят углеводы. На мембране каждой клетки содержится большое количество (до 100 000) рецепторов. Это высокоспециализированные, селективные структуры. Известно большое количество рецепторов, воспринимающих действие различных нейромедиаторов или гормонов (адренергические, холинергические, гистаминергическим, серотонинергические и др.).. Некоторые из этих видов делятся на подгруппы. Количество рецепторов и их чувствительность меняются под воздействием многих факторов.
      Взаимодействие лиганда с рецептором может вызвать изменение проницаемости мембраны для ионов или стать причиной образования внутриклеточных медиаторов (вторичных мессенджеров), благодаря которым реализуются различные функции клетки.
      1. Влияние лиганда на изменение проницаемости клеточной мембраны. Фактически все нейромедиаторы взаимодействуют с белковой структурой мембраны и вызывают конформационные изменения в ее молекуле. Это приводит к открытию или закрытию одного или нескольких каналов - для N +, К +, Са2 +, и др..
      2. цАМФ как вторичный медиатор. В этом случае первичный медиатор взаимодействует с белковым рецептором клеточной мембраны, вследствие чего на внутренней поверхности этой мембраны активизируется фермент аденилатциклаза. Этот фермент действует на АТФ (в присутствии Са2 + и Mg2 +). Вследствие гидролиза образуется цАМФ (циклический аденозинмонофосфат) - вторичный медиатор, который активизирует клеточное протеинкиназу. Последняя участвует в фосфорилировании белков. Конечным результатом этих процессов является переход клетки из состояния покоя в состояние деятельности, специфичный для каждой клетки (сокращение, если это мышечное волокно; секреция, если это секреторная клетка и т.д.).
      Для некоторых гормонов и нейромедиаторов вторичным медиатором является не цАМФ, а цГМФ (циклический гуанозинмонофосфат). Это мускариновые холинорецепторы, гистаминовые Н2 рецепторы.
      3. Са24 как вторичный медиатор. Вход Са2 + зависит от изменения МПС, открывал Са2 +-каналы, или от взаимодействия некоторых гормонов с мембранным рецептором. В клетке после открытия каналов значительно (в тысячи раз) повышается концентрация кальция. Кальций связывается с белком кальмодулином, активизирует его. Активный кальмодулин в свою очередь переводит в активную форму много ферментов, что сопровождается различными клеточными эффектами.
      4. Диацилглицерол и инозитолтрифосфат как вторичные медиаторы. Некоторые гормоны реагируют с мембранными рецепторами, которые активизируют фосфолипазу С. Этот фермент расщепляет некоторые фосфолипиды мембраны, образующие диацилглицерол и инозитолтрифосфат - вторичные медиаторы в этих клетках.
      Диацилглицерол с участием С-киназы фосфорилирует белки, участвующие в специфических реакциях клеток. Кроме того, липидная часть диацилглицеролу (арахидоновая кислота) является предшественницей простагландинов, участвующих в образовании цАМФ и цГМФ, которые влияют на специфические функции клеток.
      Инозитолтрифосфат мобилизует Са2 + из клеточных депо (эндоплазматический сеток, митохондрий), а Са2 + в свою очередь влияет на эти функции. Таким образом, существует ряд механизмов, которые реализуют действие внеклеточных раздражителей на функции клеток.
      Возрастные изменения клеточных мембран. Уровень поляризации мембран мышечных и нервных клеток в различные возрастные периоды значительно меняется. Например, МПС мышечных волокон у новорожденных животных меньше, чем у взрослых, почти в 4 раза. В процессе старения организма в клетке происходят постепенные и необратимые изменения. Прежде всего существенно нарушается мембранная строение клетки. Поражается как наружная клеточная мембрана, так и
      мембраны эндоплазматической структурных элементов клетки. Разрушение мембран лизосом приводит к выходу ферментов в цитоплазму, повышение активности гидролаз, что приводит разрушение структур ДНК и гибель клетки. Значительно изменяется проницаемость клеточных мембран для различных веществ, прежде нарушаются механизмы активного транспорта, облегченной и обменной диффузий. Замедляются процессы Энергообразование в митохондриях "снижаются МПС, возбудимость клетки.

      Краткий обзор:

      Гликокаликс- это внешний по отношению к липопротеидной мембране слой, содержащий полисахаридные цепочки мембранных интегральных белков - гликопротеидов.

      Одной из важнейших функций плазмалеммы является обеспечение коммуникации (связи) клетки с внешней средой посредством присутствующего в мембранах рецепторного аппарата, имеющего белковую или гликопротеиновую природу. Основная функция рецепторных образований плазмалеммы - распознавание внешних сигналов, благодаря которым клетки правильно ориентируются и образуют ткани в процессе дифференцировки. С рецепторной функцией связана деятельность различных регуляторных систем, а также формирование иммунного ответа.

      Основная часть:

      В качестве таких рецепторов на поверхности клетки могут высту­пать белки мембраны или элементы гликокаликса - гликопротеиды. Такие чувствительные к отдельным веществам участки могут быть раз­бросаны по поверхности клетки или собраны в небольшие зоны.

      Разные клетки животных организмов могут обладать разными на­борами рецепторов или же разной чувствительностью одного и того же рецептора.

      Роль многих клеточных рецепторов заключается не только в связы­вании специфических веществ или способности реагировать на физи­ческие факторы, но и в передаче межклеточных сигналов с поверхно­сти внутрь клетки. В настоящее время хорошо изучена система переда­чи сигнала клеткам с помощью некоторых гормонов, в состав которых входят пептидные цепочки. Гормон взаимодействует специфически с рецепторной частью этой системы и, не проникая внутрь клетки, активирует аденилатциклазу (белок, ле­жащий уже в цитоплазматической части плазматической мембраны), которая синтезирует циклический АМФ. Последний активирует или ингибирует внутрикле­точный фермент или группу ферментов. Таким образом, команда (сиг­нал от плазматической мембраны) передается внутрь клетки. Эффек­тивность этой аденилатциклазной системы очень высока. Так, взаимо­действие одной или нескольких молекул гормона может привести за счет синтеза множества молекул цАМФ к усилению сигнала в тысячи раз. В данном случае аденилатциклазная система служит преобразова­телем внешних сигналов.

      Разнообразие и специфичность наборов рецепторов на поверхно­сти клеток приводят к созданию очень сложной системы маркеров, позволяющих отличать свои клетки (той же особи или того же вида) от чужих. Сходные клетки вступают друг с другом во взаимодействия, приводящие к слипанию поверхностей (конъюгация у простейших и бактерий, образование тканевых клеточных комплексов). При этом клетки, отличающиеся набором детерминантных маркеров или не воспринимающие их, либо исключаются из такого взаимодействия, либо (у высших животных) уничтожаются в результате иммунологиче­ских реакций.

      С плазматической мембраной связана локализация специфических рецепторов, реагирующих на физические факторы. Так, в плазматиче­ской мембране или в ее производных у фотосинтетических бактерий и синезеленых водорослей локализованы белки-рецепторы (хлорофиллы), взаимодействующие с квантами света. В плазматической мембра­не светочувствительных клеток животных расположена специальная система фоторецепторных белков (родопсин), с помощью которых световой сигнал превращается в химический, что в свою очередь при­водит к генерации электрического импульса.

      Виды активного транспорта через плазматическую мембрану

      Кратко:


      • первично-активный транспорт - осуществляется транспортными АТФ-азами, которые получили название ионных насосов.
      • вторично-активный транспорт - перенос через мембрану вещества против гради­ента его концентрации за счет энергии градиента концентрации другого вещества, создаваемого в процессе активного транспорта.

      Полный:
      Активный транспорт осуществля­ется транспортными аденозинтрифосфатазами (АТФазами) и проис­ходит за счет энергии гидролиза АТФ.
      Виды активного транспорта веществ:

      • первично-активный транспорт,
      • вторично-активный транспорт.

      Первично-активный транспорт

      Транспорт веществ из среды с низкой кон­центрацией в среду с более высокой концентрацией не может быть объяснен движением по градиенту, т.е. диффузией. Этот процесс осуществляется за счет энергии гидролиза АТФ или энергии, обу­словленной градиентом концентрации каких-либо ионов, чаще все­го натрия. В случае, если источником энергии для активного транс­порта веществ является гидролиз АТФ, а не перемещение через мембрану каких-то других молекул или ионов, транспорт называ­ется первично активным.

      Первично-активный перенос осуществляется транспортными АТФ-азами, которые получили название ионных насосов. В клетках животных наиболее распространена Na+ ,K+ - АТФаза (натриевый насос), пред­ставляющая собой интегральный белок плазматической мембраны и Са2+ - АТФазы, содержащиеся в плазматической мембране сарко-(эндо)-плазматического ретикулума. Все три белка обладают общим свойством - способностью фосфорилироваться и образовывать про­межуточную фосфорилированную форму фермента. В фосфорилиро-ванном состоянии фермент может находиться в двух конформациях, которые принято обозначать Е1 и Е2.Конформация фермента - это способ пространственной ориентации (укладки) полипептидной цепи его молекулы. Две указанные конформации фермента характеризуются различным сродством к переносимым ионам, т.е. различной способ­ностью связывать транспортируемые ионы.

      Вторично-активный транспорт

      Вторичным активным транспортом называется перенос через мембрану вещества против гради­ента его концентрации за счет энергии градиента концентрации другого вещества, создаваемого в процессе активного транспорта. В клетках животных основным источником энергии для вторичного активного транспорта служит энергия градиента концентрации ионов натрия, который создается за счет работы Na+/K+ - АТФазы. Напри­мер, мембрана клеток слизистой оболочки тонкого кишечника со­держит белок, осуществляющий перенос (симпорт) глюкозы и Na+ в эпителиоциты. Транспорт глюкозы осуществляется лишь в том слу­чае, если Na+, одновременно с глюкозой связываясь с указанным белком, переносится по электрохимическому градиенту. Электрохи­мический градиент для Na+ поддерживается активным транспортом этих катионов из клетки.

      В головном мозге работа Na+-насоса сопряжена с обратным по­глощением (реабсорбцией) медиаторов -физиологически активных веществ, которые выделяются из нервных окончаний при действии возбуждающих факторов.

      В кардиомиоцитах и гладкомышечных клетках с функционирова­нием Na+, K+-АТФазы связан транспорт Са2+ через плазматическую мембрану, благодаря присутствию в мембране клеток белка, осу­ществляющего противотранспорт (антипорт) Na+ и Са2+. Ионы каль­ция переносятся чере мембрану клеток в обмен на ионы натрия и за счет энергии концентрационного градиента ионов натрия.

      В клетках обнаружен белок, обменивающий внеклеточные ионы натрия на внутриклеточные протоны - Na+/H+ -обменник. Этот переносчик играет важную роль в поддержании постоянства внут­риклеточного рН. Скорость, с которой осуществляется Na+/Ca2+ и Na+/H+ - обмен, пропорциональна электрохимическому градиенту Na+ через мембрану. При уменьшении внеклеточной концентрации Na+ ингибировании Na+ , K+-АТФазы сердечными гликозидами или в бескалиевой среде внутриклеточная концентрация кальция и про­тонов увеличена. Это увеличение внутриклеточной концентрации Са2+ при ингибировании Na+, K+-АТФазы лежит в основе применения в клинической практике сердечных гликозидов для усиления сердеч­ных сокращений.

      Различные транспортные АТФазы, локализованные в клеточных мембранах и участвующие в механизмах переноса веществ, являются основным элементом молекулярных устройств - насосов, обеспечивающих избирательное поглощение и откачивание определенных веществ (например, электролитов) клеткой. Активный специфический транспорт неэлектролитов (молекулярный транспорт) реализуется с помощью нескольких типов молекулярных машин - насосов и переносчиков. Транспорт неэлектролитов (моносахаридов, аминокислот и других мономеров) может сопрягаться с симпортом - транспортом другого вещества, движение которого по градиенту концентрации является источником энергии для первого процесса. Симпорт может обеспечиваться ионными градиентами (например, натрия) без непосредственного участия АТФ.

      Транспортные АТФазы- это высокомолекулярные транспортные белки, способные расщеплять АТФ с высвобождением энергии. Этот процесс служит двигателем активного транспорта. Таким образом переносятся протоны (протонный насос_ или неорганические ионы (ионный насос).

      Активный транспорт осуществляется путём эндо- и экзоцитоза.
      Эндоцитоз- образование пузырьков путём впячивания плазматической мембраны при поглощении твёрдых частиц (фагоцитоз) или растворённых веществ (пиноцитоз). Возникающие при этом гладкие или окаймлённые пузырьки называются фагосомами или пиносомами. Путём эндоцитоза яйцеклетки поглощают желточные белки, лейкоциты поглащают чужеродные частицы и иммуноглобулины, почечные канальцы всасывают белки из первичной мочи.
      Экзоцитоз- процесс, противоположный эндоцитозу. Различные пузырьки из аппарата Гольджи, лизосом сливаются с плазматической мембраной, освобождая своё содержимое наружу. При этом мембрана пузырька может либо встраиваться в плазматическую мембрану, либо в форме пузырька возвращаться в цитоплазму.

    Читать еще: