Учебно-методическое пособие для практических занятий Специальность 020208. 65 Биохимия
Скачать 0.59 Mb.
|
Министерство образования и науки Российской Федерации Сибирский федеральный университет Клеточная сигнализация Учебно-методическое пособие для практических занятий Специальность 020208.65 - Биохимия Красноярск СФУ 2012 УДК 576.(07) ББК 28.05.я73 Составитель: Н.М.Титова Клеточная сигнализация: Учебно-методическое пособие для практических занятий /[Текст] / сост. Н.М. Титова. – Красноярск: Сиб. федер. ун-т, 2012. – с. Учебно-методическое пособие по курсу «Клеточная сигнализация» составлено в соответствии с программой курса и является руководством для практических занятий. Учебно-методическое пособие предназначено для студентов биологических и медико-биологических специальностей университетов. УДК 576.(07) ББК 28.05.я73 © Сибирский федеральный университет, 2012 ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ Одной из основных организационных форм учебной деятельности являются практические занятия, которые призваны углублять, расширять, детализировать знания, полученные на лекции в обобщенной форме, и содействовать выработке навыков профессиональной деятельности. Практические занятия развивают научное мышление и речь, позволяют проверить знания студентов и выступают как средства оперативной обратной связи. Практические занятия могут проводиться в различных формах – это может быть решение задач, обсуждение рефератов, дискуссии, доклады, и т.д. Часть практических занятий проводится в форме семинаров. Необходимость проведения традиционных аудиторных семинарских занятий определяется спецификой преподаваемой дисциплины. Студенты получают задание не позднее, чем за одну неделю до проведения семинарского занятия, и занимаются самостоятельной подготовкой к занятию. В учебно-методическом пособии для практических занятий по курсу «Клеточная сигнализация» (СД.Р.1) приведены темы занятий, по каждой теме приводится список литературы, необходимой для самостоятельной подготовки. Учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по специальности 020208.65 - «Биохимия». Оно может быть использовано студентами биологических и медико-биологических специальностей университетов. Цель практических занятий по курсу «Клеточная сигнализация» – обсуждение наиболее сложных теоретических вопросов курса, их методологическая и методическая проработка (формирование у студентов представлений об основных сигнальных системах, управляющих и интегрирующих метаболизм клетки, благодаря чему поддерживаются постоянство внутренней среды и целостность организма). В задачи практических занятий входит ● ознакомление студентов с современными представлениями о системах передачи сигналов в клетке; ● формирование представлений о взаимном влияния рецепторов и различных сигнальных путей; ● ознакомление с основными сигнальными системами, регулирующими активность белков и экспрессию генов. ● составление схем различных трансдуцирующих систем. Практические занятия способствуют развитию у студента таких необходимых навыков, как выбор и решение поставленной задачи, сбор и аналитический анализ опубликованных данных, умение выделять главное и делать обоснованное заключение. На практических занятиях студенты выполняют задания (составление схем сигнальных путей), подробно обсуждают трудно усваиваемые моменты, выступают с докладами, проводится устный опрос студентов, тестирование. В результате выполнения практических занятий обучающиеся должны знать: принципы структурной и функциональной организации основных сигнальных систем клетки; отличия поверхностных и внутриклеточных рецепторов; особенности передачи внешнего сигнала различными трансдуцирующими системами в клетку; структуру первичных и вторичных мессенджеров; пути передачи пролиферативных сигналов в клетку; терминологию, используемую в клеточной сигнализации; роль основных сигнальных систем в регуляции клеточных процессов; уметь: применять полученные знания для изучения систем передачи внешних сигналов в клетку; составлять схемы передачи сигналов в клетку; охарактеризовать основные механизмы прерывания внешних сигналов; оценить возможности регуляции метаболических процессов и экспрессии определенных генов в живых организмах на основании характеристик систем сигнальной трансдукции; использовать полученные знания в области исследования систем внутриклеточной и межклеточной коммуникации для решения профессиональных задач; использовать полученные знания при изучении других биологических дисциплин; применять полученные знания в оценке нарушений механизмов сигнальной трансдукции при патологических состояниях; владеть навыками: делового общения; работы в команде; работы с компьютером на уровне пользователя, использования информационных технологий для решения фундаментальных и прикладных задач в области профессиональной деятельности; владеть методологическими основами современной науки. Знание основных клеточных сигнальных путей – необходимая база при подготовке дипломных работ, тематика которых связана с изучением метаболических процессов и их регуляции. Освоение разделов курса «Клеточная сигнализация» также будет способствовать формированию у студентов целостного естественнонаучного мировоззрения. Общая трудоемкость дисциплины составляет 50 часов. Объем практических (семинарских) занятий в общей трудоемкости дисциплины приведен в табл.1. Таблица 1 – Виды учебной работы и трудоемкость дисциплины «Клеточная сигнализация»
1. СОДЕРЖАНИЕ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ Разделы дисциплины и виды занятий в часах приведены в табл. 3. Таблица 3 – Разделы дисциплины и трудоемкость видов занятий
Темы практических занятий представлены в табл. 4. Таблица 4 – Темы практических занятий и их трудоемкость
Раздел 1. Общая структура сигнальных систем клетки Занятие 1.1. Характеристика общих свойств систем передачи сигналов в клетку Цель занятия – обобщить представления студентов о системах передачи сигналов в клетку, основных компонентах систем сигнальной трансдукции, последовательности этапов прохождения внешнего сигнала в клетку. Некоторые теоретические материалы для подготовки к занятию Способность клетки отвечать на определенные сигналы зависит от наличия клеточных рецепторов, специфичных к определенным сигналам. После связывания сигнальной молекулы рецептор активируется; активированный рецептор затем опосредует все эффекты сигнальной молекулы на клетку. Любая клеточная сигнальная система работает при наличии: - экстраклеточных сигнальных молекул; - рецептора (поверхностного или внутриклеточного); - эффекторных белков; - системы, осуществляющей модификацию внутриклеточных белков; - системы, осуществляющей прерывание сигнала. Экстраклеточные сигнальные молекулы, первичные мессенджеры: гормоны, цитокины, факторы роста, нейротрансмиттеры, феромоны, пурины. На рис. 1.1.1 приведена простейшая схема пути передачи внешнего сигнала в клетку.  Рисунок 1.1.1 – Структура и функции сигнального пути Рецепторы. Существуют три основных типа рецепторов, интегрированные во внешнюю клеточную мембрану (поверхностные рецепторы): 1) рецепторы, сопряженные с G-белками; 2) рецепторы - ионные каналы; 3) рецепторы, ассоциированные с ферментативной активностью (рис. 1.1.2). …  ……  Рисунок 1.1.2 Поверхностные рецепторы: а) рецепторы, сопряженные с G-белками; б) рецепторы – ионные каналы; в) рецепторы, ассоциированные с ферментативной активностью Сигнальными молекулами могут быть неполярные и полярные вещества. Неполярные вещества, например стероидные гормоны, проникают в клетку, проходя через липидный бислой. Полярные сигнальные молекулы в клетку не проникают, а связываются специфическими рецепторами клеточных мембран. К полярным сигнальным молекулам относят белковые гормоны (например, глюкагон, инсулин, паратгормон), нейромедиаторы (например, ацетилхолин, глицин, γ-аминомасляная кислота), факторы роста, цитокины, эйкозаноиды. Система сигнальной трансдукции, опосредованная мембранными рецепторами, включает следующие события: • взаимодействие рецептора с сигнальной молекулой (первичным посредником); • активацию мембранного фермента, ответственного за образование вторичного посредника; • образование вторичного посредника (сАМР, сGМР, ИФ3, ДАГ или Са2+); • активацию вторичными посредниками специфических белков, главным образом, протеинкиназ, которые, в свою очередь, фосфорилируют различные белки-мишени, оказывая влияние на активность внутриклеточных процессов (рис. 1.1.3).  Рисунок 1.1.3 – Схемы сигнальных путей, опосредованных поверхностными рецепторами Стероидные и тиреоидные гормоны, будучи гидрофобными по своей природе, способны проникать через плазматическую мембрану внутрь клетки, где они взаимодействуют с растворимыми рецепторными белками, локализованными в цито- и (или) нуклеоплазме. Система сигнальной трансдукции, опосредованная внутриклеточными рецепторами, включает следующие события: • преодоление гормоном билипидного слоя плазматической мембраны; • взаимодействие гормона с рецептором приводит к изменению конформации рецептора и его активации; • комплекс гормон-рецептор проходит в ядро, взаимодействует с регуляторной нуклеотидной последовательностью ДНК – респонсивным элементом; • увеличивается (или уменьшается) доступность промотора для РНК-полимеразы; • увеличивается (или уменьшается) скорость транскрипции генов-мишеней; • изменяется (увеличивается или уменьшается) скорость трансляции соответсвующих мРНК; • изменяется количество белков, оказывающих влияние на метаболизм и функциональное состояние клетки (рис. 1.1.4).  Рисунок 1.1.4. Схема сигнального пути, опосредованного внутриклеточным рецептором В большинстве случаев процесс активации какого-либо метаболического процесса находится под контролем не одной, а нескольких систем внутриклеточной сигнализации, поэтому для клеточного ответа важна взаимосвязь этих систем. Вопросы для обсуждения на занятии 1. Гормоны – строение, свойства, классификация. 2. Гистогормоны. 3. Нейромедиаторы и нейротрансмиттерыэ 4. Типы гормонпродуцирующих систем клетки. 5. Мембранные рецепторы. 6. Эффекторные молекулы. 7. Вторичные мессенджеры. 8. Механизм действия гидрофильных гормонов. 9. Механизм действия липофильных гормонов. 10. Основные характеристики систем клеточной сигнализации. Методические рекомендации по изучению темы занятия Необходимо рассмотреть общие закономерности организации сигнальных систем клетки. Целесообразно рассмотреть исторические аспекты появления нового направления в биохимии – клеточной сигнализации (cell signaling). Понять, что сигнальная трансдукция подразумевает не только передачу сигналов как таковую, но и весь комплекс событий, с ней сопряженных, в том числе усиление (амплификацию), ослабление (аттенюацию) и подавление (выключение) сигналов. Для эффективной подготовки к практическому занятию студентам рекомендуется обязательное изучение лекционного материала, а также самостоятельное освоение рекомендованной литературы. Для расширения и углубления знаний по отдельным вопросам необходимо пользоваться дополнительной литературой. ЗАНЯТИЕ 1.2. Сигнализация с участием поверхностных рецепторов Цель занятия – рассмотреть систему сигнальной трансдукции, принимающей сигнал при участии поверхностного рецептора на примере Са/полифосфоинозитидной мессенджерной системы. Охарактеризовать трансмембранный этап передачи внешнего сигнала в клетку, вторичные мессенджеры, структуру и активацию серин/треониновой протеинкиназы С, механизмы фосфорилирования белков-мишеней, механизмы завершения передачи сигнала в Са/полифосфоинозитидной мессенджерной системе. Некоторые теоретические материалы для подготовки к занятию Са/полифосфоинозитидная (ПФИ) система имеет большую степень сложности по сравнению с аденилатциклазной (АЦ) мессенджерной системой. Начальный (трансмембранный) этап передачи гормонально-нейромедиаторного сигнала внутрь клетки в целом имеет сходство с системой сАМР-АЦ. В обеспечении этого процесса участвует рецептор плазматической мембраны, Gq-белок и ключевой фермент каскада – фосфолипаза С, которая генерирует вторичные мессенджеры (рис. 1.2.1). Фосфолипаза С (ФЛ-С) – эффекторная молекула в данной мессенджерной системе, использует в качестве субстрата компоненты клеточной мембраны, в которую включен фермент. Ими являются полифосфоинозитолы – фосфатидилинозитол (ФИ), фосфатидилинозитол-4-фосфат (ФИФ) и фосфатидилинозитол -4,5- дифосфат (ФИФ2). ФЛ-С – фермент, проявляющий высокую специфичность. Он расщепляет только фосфатидилинозитолы и не действует на другие фосфолипиды.  Рисунок 1.2.1 – Са/полифосфоинозитидный мессенджерный каскад Известны три семейства фосфолипазы С: β, γ и δ, включающих 16 ферментов. Внутри каждого семейства существуют подтипы, которые обозначаются подстрочной арабской цифрой, например, ФЛ-Сβ1 и т.д. Фосфолипазы семейства β и γ активируются при стимуляции рецепторов на плазматической мембране. Фосфолипаза Сβ и ФЛ-Сγ активируются различными путями, но при этом как ФЛ-Сβ, так и ФЛ-Сγ образовуют две мессенджерные молекулы – инозитол-1,4,5-трифосфата (ИФ3) и диацилглицерола (ДАГ), дающих начало двум главным взаимодополняющим друг друга ветвям процесса сигнальной трансдукции. ИФ3 является водорастворимым вторичным мессенджером, он диффундирует в цитоплазму, связывается с кальциевыми каналами и вызывает освобождение Са2+ из внутриклеточных депо (ЭПР, митохондрии), повышает его концентрацию. Далее для поддержания Са гомеостаза избыток Са2+ должен быть удален. Для этого ИФ3 дефосфорилируется цитозольными фосфатазами и отсоединяется от ионных каналов. Каналы закрываются. Избыток Саi2+из цитоплазмы удаляется с помощью Са-насосов, или в результате захвата Са-связывающими белками (рис. 1.2.2). Фактически можно говорить о еще одной мессенджерной молекуле, образуемой в данной мессенджерной системе – катионах Са2+, концентрация которых повышается в ответ на внутриклеточное повышение концентрации ИФ3. ДАГ – гидрофобен и, видимо, способен лишь к латеральной диффузии в составе плазматической мембраны. Он активирует протеинкиназу С. Для этого также необходимы кислый фосфолипид фосфатидилсерин (ФС) и Са2+. Повышение концентрации Са2+ в цитоплазме клеток при активации Са/ПФИ- системы приводит к транслокации из цитоплазмы в клеточную мембрану протеинкиназы С. Это способствует ее активации ДАГ совместно с промотором фосфатидилсерином, являющимся неотъемлемым мембранным компонентом.  Рисунок 1.2.2 – Увеличение концентрации цитозольного кальция, опосредованное ПФИ мессенджерной системой Регуляция различных клеточных процессов осуществляется через ПК-С, которая фосфорилирует различные белки. Протеинкиназа С переносит остатки γ-фосфата от АТР на ОН-группу серина или треонина в полипептидной цепи. От остальных протеинкиназ данный фермент отличается определенной специфичностью в отношении белковых субстратов, а также сайтами фосфорилирования и механизмом активации. Структура и свойства протеинкиназы С изучены довольно подробно. Фермент является мономером с М.м. 77 kDa. Полипептидная цепь включает 670-690 аминокислотных остатков. Состоит из 2-х компактных доменов, один из которых (меньшего размера) – гидрофобный регуляторный, второй, более гидрофильный – каталитический. Регуляторный домен ПК-С располагается ближе к N-концу, киназный (каталитический) домен находится на С-конце полипептидной цепи (рис. 1.2.3). Протеинкиназы С делят на три категории в зависимости от кофакторов, требующихся для оптимальной фосфолипид-зависимой каталитической активности, внутриклеточной локализации, субстратной специфичности, распределению в тканях: классические формы, новые формы и атипичные формы ПКС (рис. 1.2.4). В одной клетке могут присутствовать разные типы ПКС. Протеинкиназы С участвуют: в клеточном делении, секреции, экзоцитозе, переносе ионов, сокращении гладкой мускулатуры, экспрессии генов. Мощными активаторами ПК-С являются форболовые эфиры, известные как опухолевые промоторы. Форболовые эфиры действуют на ПК-С в концентрациях, почти на 3 порядка меньших, чем ДАГ. Ингибиторами ПК-С являются спермин и сфингозин.  Рисунок 1.2.3 – Мультидоменная структура протеинкиназы С: сайты, чувствительные к окислению, присутствуют в регуляторном и каталитическом доменах  Рисунок 1.2.4 – Сходство и отличия структурной организации классической, новой и атипичной форм протеинкиназы С Прекращение передачи сигнала в Са/полифосфоинозитидной системе системе осуществляется двумя путями: инактивацией вторичных мессенджеров и дефосфорилированием эффекторных белков. Влияние ИФ3 прекращается с помощью фосфатаз, дефосфорилирующих это соединение. ИФ3-5-фосфомоноэстераза ИФ3 (1,4,5) + Н2О → ИФ2 (1,4) + Рi ИФ3-5-фосфомоноэстераза в клетках, в основном связана с плазматической мембраной. Последовательное 3-х этапное дефосфорилирование ИФ3 приводит к образованию циклического спирта – инозитола, который является субстратом для синтеза ФИ. ИФ3 может путем фосфорилирования превращаться в ИФ4, ИФ5 или ИФ6. нЕкоторые из этих соединений выполняют сигнальную функцию. Например, ИФ4 (инозитол-1,3,4,5 - инозитолтетрафосфат) в некоторых клетках стимулирует выход кальция, возможно активируя Са2+-каналы плазматической мембраны. Действие ДАГ может ограничиваться двумя механизмами: 1) действием ДАГ-киназы, осуществляющей фосфорилирование ДАГ до фсфатидной кислоты; 2) действием ДАГ-липазы, осуществляющей гидролиз этого мессенджера с отщеплением арахидоновой кислоты. ДАГ-киназа 1). ДАГ + АТР → ФК + ADP Mg2+ Таким путем до 30% ДАГ может превратиться в клетке в фосфатидную кислоту. ДАГ-киназа в основном локализована в плазматической мембране клетки. ДАГ-липаза 2). ДАГ + Н2О → 2-арахидоноил-глицерол + R1-СООН На следующем этапе происходит расщепление 2-арахидоноил-глицерола на арахидоновую кислоту и глицерол. Оказалось, что продукты этих путей деградации ДАГ имеют свою важную роль в процессах функциональной активности клетки. Фосфатидная кислота может участвовать в регуляции входа Са2+ в клетки. Арахидоновая кислота, освобождаемая из ДАГ диацилглицерол-липазой, и ее многочисленные продукты являются еще одной сигнальной системой в клетках. Вопросы для обсуждения на занятии 1.Сходство и различия аденилатциклазной и СА/полифосфоинозитидной мессенджерной систем.. 2. Какой тип G-белка принимает участие в функционировании Са/ПФИ мессенджерной системы? 3. Химизм реакции, катализируемой фосфолипазой С. 4. Кальциевый канал эндоплазматического ретикулума. 5. Роль фосфатидилсерина в активации протеинкиназы С. 6. Опишите путь внутриклеточного сигнала от фосфолипазы фосфолипазы Сβ. 7. Какую роль выполняет псевдосубстратный домен в протеинкиназе С. 8. Что такое форболовый эфир, его структура? 9. Каким образом происходит образование и дальнейшее превращение арахидоновой кислоты в Са/ПФИ мессенджерной системе? 10. Какова функция ДАГ-липазы? 11. Какова функция ДАК-киназы? 12. Как устраняется избыток кальция в клетке? Занятие 1.3. Сигнализация с участием внутриклеточных рецепторов Цель занятия – рассмотреть систему сигнальной трансдукции, принимающей сигнал при участии внутриклеточных рецепторов (цитозольных или ядерных). Охарактеризовать первичные месссенджеры, использующие данный способ передачи сигнала в клетку, структуру рецепторов, их отличие от поверхностных рецепторов, механизмы восприятия сигнальных молекул рецепторами разных типов. Некоторые теоретические материалы для подготовки к занятию Гормоны, имеющие липофильную природу, способны проходить через плазматические мембраны и связываться с внутриклеточными (цитоплазматическими или ядерными) рецепторами. К липофильным относятся стероидные, тиреоидные гормоны, витамин D3, ретиноиды. Стероидные гормоны – небольшие по молекулярной массе гидрофобные молекулы (М.м. 300), способные проходить через плазматическую мембрану путем простой диффузии. В цитоплазме клетки стероидный гормон каждого типа прочно, но обратимо связывается со своим специфическим рецепторным белком. Тиреоидные гормоны (тироксин-Т4 и трийодтиронин-Т3), как и стероидные, легко диффундируют через липидную клеточную мембрану и связываются внутриклеточными белками. Биологическое действие в основном осуществляется Т3, в то время как Т4 дейодируется, превращаясь в Т3, который связывается с цитоплазматическим рецептором. Поскольку перечисленные гормоны липофильны, они транспортируются в крови в связанном с белками состоянии, и лишь незначительная их часть находится в свободной форме, имеют длительный период полураспада. Рецепторы стероидных гормонов (СР) найдены в цитоплазме или ядре эукариотических клеток, они связываются и регулируют транскрипцию ДНК в комплексе со стероидными гормонами. Рецепторы для ряда гормонов имеют значительное структурное и функциональное сходство, но характеризуются различной специфичностью к ДНК, регуляцией и сродством к гормону. Суперсемейство СР подразделяют на четыре функционально различных субсемейства (класса): класс I – классические рецепторы для глюкокортикоидов (GR, CORT), андрогенов (АR), минералокортикоидов (MR, включая ALDO рецепторы) и рецепторы к прогестерону (PR); класс II – включает рецепторы для тиреоидных гормон, ретиноевой кислоты (T3R, RAR, RXR) и вит. D3 (VDR); класс III – для эстрогенов (ER) и нескольких орфановых рецепторов; класс IV – наименее изученные рецепторы, образующие комплексы с другими транскрипционными факторами. Для этого класса рецепторов окончательно не выяснены структура, природа лиганда (гормона) и последовательностей ДНК, с которыми эти рецепторы связываются. Стероидные рецепторы (белки) имеют доменную организацию. В их структуре присутствуют N-концевой домен (А/В), имеющий значительные различия у рецепторов к перечисленным гормонам и состоящий из 25-600 аминокислотных остатков; ДНК-связывающий домен (С), состоящий примерно из 70 аминокислотных остатков; шарнирную домен (D), лигандсвязывающий домен (E/F), включающий около 250 аминокислот, и карбоксилтерминальный домен.  Аминотерминальный домен имеет наибольшие различия, как по форме, так и по аминокислотной последовательности. Он определяет особенности рецепторного ответа и у большинства видов он характеризуется высокой степенью фосфорилирования. Домены С и D, ответственные за связывание с ДНК, характеризуются консервативностью и мало отличаются друг от друга у рецепторов стероидных гормонов разных классов. ДНК-связывающий домен характеризуется 3 интронами, два из которых имеют так называемые “цинковые пальцы”, или структуры с содержанием ионов цинка. ”Цинковые пальцы” участвуют в специфическом связывании гормона с ДНК. Один из них принимает участие в непосредственном связывании с ДНК, а второй – в образовании гомодимеров и гетеродимеров рецепторов. Гормоносвязывающий домен участвует в связывании гормона, а также в процессах димеризации и регуляции функции других доменов. Он непосредственно примыкает к ДНК-связывающему домену. Карбоксилтерминальный домен также участвует в процессах гетеродимеризации, взаимодействует с различными транскрипционными факторами.   Рисунок 1.3.2 – Аминокислотные остатки в глюкокортикоидном рецепторе, ответственные за специфическое узнавание ДНК В ДНК-мишени для рецепторов имеются специфические последовательности, которые обозначаются как гормон узнаваемые элементы – HREs (hormone response elements). Эти последовательности связывают два рецептора одновременно. Связанные рецепторы могут быть одним и тем же белком – в этом случае HREs связывают гомодимеры. Если рецепторные димеры состоят из различных рецепторов (например, один T3R, другой – RAR), то HREs связывают гетеродимеры. Соответственно, транскрипцию ДНК, с которой связывается гомодимер, может регулировать один гормон. В то же время как при связывании с ДНК гетеродимера транскрипция может регулироваться двумя разными гормонами. Класс I (субсемейство глюкокортикоидов) и эстрогенов (тип III) рецепторов ассоциируются с белками теплового шока (hsp´s) – hsp90 и hsp70 в отсутствии гормона (рис.1.3.3). Напротив, рецепторы II типа (тиреоидные и ретиноидные) не связаны с белками теплового шока и могут связываться с ДНК в отсутствии лиганда (рис. 1.3.4). Последовательность событий при действии рецепторов I типа на клетку такова:
 Рис. 1.3.3 – Схема взаимодействия рецепторов I типа (cтероиды) и Ш типа (эстрадиол) с сигнальной молекулой Связывание гормона с рецептором приводит к изменениям физико-химических свойств последнего, и этот процесс называется активацией или трансформацией рецептора. Присоединив к себе гормон, рецептор приобретает повышенное сродство к определенным последовательностям ДНК, которые начинают действовать как энхансеры, т.е. стимуляторы транскрипции нескольких соседних генов. Продукты некоторых из этих генов могут в свою очередь активировать другие гены и вызывать более поздний вторичный ответ, усиливая т.о. действие гормона. Последовательность событий при действии рецепторов II типа на клетку такова:
 Рисунок 1.3.4 – Схема взаимодействия рецепторов II типа (витамины А и D, тиреоидные гормоны) с сигнальной молекулой Если стероидцитоплазматический комплекс транслоцируется в ядро клетки, то тиреоидцитоплазматический комплекс сначала диссоциирует и Т3 непосредственно связывается рецепторами ядра, обладающими к нему высокой аффинностью. Кроме того, высокоаффинные рецепторы к Т3 обнаруживаются и в митохондриях. Тиреоидные гормоны регулируют синтез белка на уровне транскрипции и это их действие, обнаруживаемое через 12-24 часа, может быть блокировано введением ингибиторов синтеза РНК. Помимо внутриклеточного действия, тиреоидные гормоны стимулируют транспорт глюкозы и аминокислот через клеточную мембрану, непосредственно влияя на активность некоторых локализованных в ней ферментов. Как связывание гормон-рецепторного комплекса с геном активирует его транскрипцию? Было показано, что узнаваемые гормоном участки ДНК могут стимулировать ТК даже тогда, когда они удалены на большое расстояние (на 1000 оснований) от промотора, где начинается синтез РНК. Эти участки ДНК называются транскрипционными энхансерами. Во многих случаях реакция на стероидный гормон бывает 2-х стадийной. Прямая индукция транскрипции нескольких специфических генов называется первичным ответом. Затем продукты этих генов могут в свою очередь активировать другие гены и вызвать через некоторое время вторичный ответ. Таким образом, простой гормональный пусковой сигнал способен производить весьма сложные изменения в картине экспрессии генов. Негеномные эффекты стероидных и тиреоидных гормонов Эффекты стероидных гормонов проявляются не только спустя несколько часов, что требуется для ядерного влияния, часть из них проявляется очень быстро, в течение нескольких минут. Это такие эффекты, как повышение проницаемости мембран, усиление транспорта глюкозы и аминокислот, освобождение лизосомальных ферментов, сдвиги энергетики митохондрий. К числу быстрых негеномных эффектов стероидных гормонов относятся, например, увеличение в течение 5 мин после введения человеку альдостерона общего периферического сосудистого сопротивления и артериального давления, изменение транспорта натрия через мембрану эритроцитов (вообще лишенных ядра) под влиянием альдостерона в опытах in vitro, быстрый вход Са2+ в клетки эндометрия под влиянием эстрогенов и др. Механизм негеномного действия стероидных гормонов заключается в связывании на плазматической мембране клетки со специфическими рецепторами и активации каскадных реакций систем вторичных посредников, например фосфолипазы С, инозитол-3-фосфата, ионизированного Са2+, протеинкиназы С. Под влиянием стероидных гормонов в клетке может увеличиваться содержание сАМР и сGMP.  1 — классический геномный путь действия (гормон проникает через клеточную мембрану и цитоплазму в ядро, где после взаимодействия с ядерным рецептором воздействует на гены-мишени, активируя их). 2а и 2б — негеномные пути действия через мембранные рецепторы: 2а — пути, связанные с мембранным ферментом и образованием вторичного посредника, ведущего к активации протеинкиназ. Последние через фосфорилирование в ядре белка-коактиватора (БКА) активируют гены-мишени; 2б — пути, связанные с ионными каналами клеточной мембраны, в результате чего гормон-рецепторный комплекс активирует ионные каналы, меняя возбудимость клетки. 3 — альтернативный негеномный путь действия (молекула гормона, проникая через мембрану в цитоплазму, взаимодействует с цитозольным рецептором, что приводит к активации цитозольных киназ. Рисунок 1.3.5 – Схема путей действия стероидных гормонов Тиреоидные гормоны, как и стероидные гормоны, могут проявлять геномные и негеномные эффекты. Вопросы для обсуждения на занятии 1. Как синтезируются стероидные гормоны? Какое соединение является их предшественником? 2. Механизм синтеза и транспорт тиреоидных гормонов. 3. Локализация и структура рецепторов стероидных гормонов. 4. По какому принципу осуществляется деление суперсесмейства стероидных гормонов на классы? 5. Сколько молекул комплекса стероидный гормон-рецептор связывается с молекулой ДНК? 6. Что такое «цинковый палец»? Какова его структура? 7. Роль белков теплового шока в рецепторах глюкокортикоидов и эстрогенов? 8. Что подразумевают под трансформацией рецептора? 9. В чем заключается отличие проведения сигнала в клетку стероидными и тиреоидными гормонами? 10. Какую последовательность нуклеотидов в молекулу ДНК называют энхансером? 11. Что такое экдизон? В чем заключаются его эффекты? Методические рекомендации по изучению темы занятия Для подготовки к практическому занятию необходимо рассмотреть структуру липофильных гормонов, их взаимодействие с транспортными белками. Особое внимание уделить классификации и структуре внутриклеточных рецепторов, образованию гормон-рецепторных комплектов, характеристике гормон-респонсивных элементов в молекуле ДНК. Необходимо провести сравнительный анализ действия стероидных и тиреоидных гормонов. |
Добавить документ в свой блог или на сайт
Похожие:
 | Учебно-методическое пособие для практических занятий Специальность 020208. 65 Биохимия Учебно-методическое пособие предназначено для студентов биологических и медико-биологических специальностей университетов | | Учебно-методическое пособие для практических занятий Специальность 020208. 65 Биохимия Учебно-методическое пособие предназначено для студентов биологических и медико-биологических специальностей университетов |
| Учебно-методическое пособие для практических занятий Специальность 020208. 65 Биохимия Учебно-методическое пособие предназначено для студентов биологических и медико-биологических специальностей университетов | | Учебно-методическое пособие к самостоятельной работе Специальность 020208. 65 Биохимия Учебно-методическое пособие предназначено для студентов биологических и медико-биологических специальностей университетов |
| Учебно-методическое пособие по самостоятельной работе Специальность... Большой практикум. Раздел «Свободнорадикальные процессы в биологических системах»: Учебно-методическое пособие по самостоятельной... | | Методические указания к самостоятельной работе Специальность 020208. 65 Биохимия Учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по специальности «Биохимия» |
| Методические указания к самостоятельной работе Специальность 020208. 65 Биохимия Учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по специальности «Биохимия» | | Учебно-методическое пособие для организации практических занятий Н. Новгород: вгипу, 2010. 92с Данное учебно-методическое пособие поможет студентам осознать свои личные качества и систематически развивать их, научиться управлять... |
| Учебно-методическое пособие основы стратиграфии часть II. Задания... Учебно-методическое пособие предназначено для студентов геологического факультета Казанского государственного университета, изучающих... | | Методические указания для проведения практических занятий для студентов... Маркетинг. Методическое пособие для практических занятий. Сост. М. Б. Кузьмичева. / Российск заочн ин-т текстил и легк пр-ти. М |
 | Учебно-методическое пособие Рекомендовано методической комиссией... Учебно-методическое пособие предназначено для студентов очной формы обучения для проведения теоретических и практических занятий... | | Учебно-методическое пособие для самостоятельной работы и практических... Учебно-методическое пособие предназначено для подготовки студентов всех форм обучения, обучающихся в Юридическом институте Сибирского... |
| Методические указания по проведению практических занятий на тему:... М38 Введение в специальность. Пособие по выполнению практических занятий. Часть I. –М.: Мгту га, 2006. –56 с | | Рабочая программа Учебно-методическое пособие включает тематический... Учебно-методическое пособие включает тематический план дисциплины, её содержание, темы теоретических, практических занятий и защиты... |
| Учебно-методическое пособие для семинарских занятий, самостоятельной... Этика: учебно-методическое пособие [Текст] / сост. Е. В. Жижко, Н. В. Мыльникова. Красноярск: Сиб федер ун-т, 2011. 25 с | | Учебно-методическое пособие для семинарских занятий, самостоятельной... Семейное право: учебно-методическое пособие [Текст] / сост. Н. В. Высоцкая. Красноярск: Сиб федер ун-т, 2012. 17 с |
