Struktura a funkce biomakromolekul KBC/BPOL 10. Struktury signálních komplexů Ivo Frébort
Typy hormonů Steroidní hormony deriváty cholesterolu, regulují metabolismus, osmotickou rovnováhu, sexuální funkce Deriváty aminokyselin epinephrin - regulují kontrakci hladkého svalstva, krevní tlak, srdeční rytmus, lipolýzu, štěpení glykogenu Peptidové hormony regulují mnoho různých procesů, včetně uvolňování dalších hormonů
Působení hormonů Second messengers
Typy membránových receptorů 7-transmembránových segmentů (7-TMS) - extracelulární místo pro vazbu hormonu - intracelulární místo pro vazbu G-proteinu 1-transmembránový segment (1-TMS) - extracelulární místo pro vazbu hormonu - intracelulární katalytická doména - tyrosinkinasa nebo guanylylcyklasa Oligomerní iontové kanály - Regulují průchod iontů
7-TMS receptory
7-TMS receptory adrenalinových hormonů
Komplex epinephrinu a β2-adrenalinového receptoru
G-proteiny Vazba hormonu na membránový receptor vyvolá disociaci GDP a vazbu GTP na podjednotku G-proteinu Komplex G-protein/GTP působí jako aktivátor nebo inhibitor efektoru Efektory: Adenylátcyklasa, K + a Ca 2+ kanálky, fosfolipasy, receptor kinasy GTPasová aktivita G-proteinu časově omezený signál 1) Heterotrimerní G-proteiny: 3 podjednotky - G -GTP komplex disociuje od G a migruje do místa efektoru - G také funguje jako přenašeč signálu 2) Malé G-proteiny: ras, rac, rho, 1 podjednotka
Aktivace heterotrimerního G-proteinu OFF GEF (ligand-bound receptor) GAP (RGS) ON
Struktura heterotrimerního G-proteinu
GTP-přepínač struktury (GTP-switch)
Aktivace adenylátcyklasy Gα-proteinem Adenylátcyklasa
Součinnost receptorů adrenalinových hormonů a G-proteinů
Cyklus malého G-proteinu Ras GEF (activated by signal) OFF GAP efektor ON GEF: GTP exchange factor GAP: GTPase activating protein
Ras protein poprvé nalezen u rat sarcoma viru řídí růstovou a metabolickou aktivitu mutantní forma (onkogen) má nízkou GTPasovou aktivitu - signál působí příliš dlouhou dobu - růst nádoru
1-TMS receptory
Protein-tyrosin fosfatasy (PTPasy) 1-TMS proteiny - Cytoplasmatická katalytická doména, 1xTMS, mimobuněčné receptorové místo Cytoplasmatické PTPasy - N-koncová katalytická doména, C-koncová regulační doména - Receptory steroidních hormonů, second mesengers, signální kaskády
PTPasy
1-TMS guanylylcyklasy receptory peptidových hormonů
Cytoplasmatické guanylylcyklasy receptory NO NO -Neurotransmiter -Second messenger
Iontové kanály - např. neurony
Second Messengers Second messenger malá molekula, která přenáší signál tak že se váže na protein signální dráhy obvykle proteinkinasu Je uvolněn, když se hormon váže na odpovídající extracelulární receptor Second messenger potom aktivuje nebo inhibuje procesy v cytoplasmě nebo jádře Hlavní typy: - camp, cgmp - Ca 2+ - inositoltrifosfát (IP 3 ) - diacylglycerol (vazebné místo na membráně)
Tvorba a přeměna camp
camp-dependentní proteinkinasy
Příklad signální kaskády za využití camp Protein fosfatasy/kinasy - Ser/Thr - Tyr - Dvojitá specificita - His
Zesilování signálu v signální kaskádě
Signální dráhy: od receptoru v membráně až k transkripci DNA http://www.bio.davidson.edu/courses/immunology/flash/mapk.html
Second messengers odvozené od fosfatidylinositolu Fosfolipasy C (PLC) uvolňují IP 3 and diacylglycerol (DAG) PLC je aktivována 7-TMS receptorem a G-proteiny PLC je aktivována receptor tyrosinkinasou (prostřednictvím fosforylace)
Regulace fosfolipasy C-β prostřednictvím G-proteinu
Second messengers odvozené od fosfolipidů
Ca 2+ jako second messenger Koncentrace Ca 2+ v buňce normálně velmi nízká: < 1 μm Ca 2+ může vstupovat do buňky buď zvenčí nebo z ER a kalciosomů CICR - Calcium-Induced Calcium Release obdoba svalových buněk Řízeno IP 3 (produkován fosfolipasou C)
Uvolňování Ca 2+ do buňky http://www.bio.davidson.edu/courses/immunology/flash/ip3.html
Součinnost jednotlivých second mesengers
Receptory steroidních hormonů Cytoplasmatické receptory Hydrofobní doména na C-konci, která specificky interaguje s hormonem Centrální, hydrofilní doména která se váže na DNA, homologní pro všechny receptory 9 konzervovaných Cys residuí, 3 páry Cys v Cys-X-X-Cys motivech - obdoba Zn-finger proteinů Komplex steroidního hormonu a receptoru se může vázat přímo na DNA nebo na transkripční faktory Receptory thyroidních hormonů jsou podobné
Steroidní a thyroidní hormony
Sekvenční homologie receptorů steroidních a thyroidních hormonů
Působení estrogenu
Extracelulární působení steroidních hormonů