Жасушаның биологиялық мембранасының құрылысы мен қызметінің молекулалық механизмдері

Биологиялық мембраналардың құрылысы. Барлық эукариотикалық жасушалардың негізгі ерекшеліктерінің бірі-ішкі мембраналар құрылысының изобилиясы мен күрделілігі. Мембраналар цитоплазманы қоршаған ортадан шектейді, сондай-ақ ядролардың, митохондриялардың және пластидтердің қабықтарын қалыптастырады. Олар эндоплазмалық ретикулумның лабиринтін және Гольджи кешенін құрайтын табан түріндегі жұтылған көпіршіктерді құрайды. Мембраналар лизосомалар, өсімдік және саңырауқұлақ жасушаларының ірі және ұсақ вакуольдері, қарапайым вакуольдерді пульсациялайды. Барлық осы құрылымдар қандай да бір арнайы процестер мен циклдерге арналған компоненттер (бөліктер) болып табылады. Демек, мембранасыз жасушаның болуы мүмкін емес.

Плазмалық мембрана немесе плазмалемма-мембранның барлық жасушалары үшін ең тұрақты, негізгі, әмбебап. Ол бүкіл жасушаны жабатын ең жұқа (шамамен 10 NM) пленка болып табылады. Плазмалемма ақуыздар мен фосфолипидтердің молекулаларынан тұрады (күріш. 1.6).

Фосфолипидтер молекулалары екі қатарда орналасқан — ішкі гидрофобтық ұштары, ішкі және сыртқы су ортасына гидрофильді бастары. Кейбір жерлерде фосфолипидтердің қышқылымен (қос қабат) ақуыз молекулаларымен (интегралды белоктар) өтілген. Мұндай ақуыз молекулаларының ішінде суда еритін заттар өтетін тесіктер-арналар бар. Басқа ақуыз молекулалары липидтер қышқылымен жартылай бір немесе екінші жағынан өтеді (жартылай интегралды ақуыздар). Эукариотикалық жасушалардың мембраналарының бетінде перифериялық ақуыздар бар. Липидтер мен ақуыздар молекулалары гидрофильді-гидрофобтық өзара әрекеттесудің арқасында жүреді.

Сур. 1.6. Мембрана құрылысының схемасы: а — үш өлшемді үлгі; Б — жазықтық сурет; 1 — липидті қабатқа жанасатын (А), оған батырылған (Б) немесе оның көңінен өтетін белоктар (В); 2 — липидтер молекулаларының қабаттары; 3 — гликопротеиндер; 4 — гликолипидтер; 5 — уақыт ретінде жұмыс істейтін гидрофильді арна.

Эукариотикалық жасушалардың плазмалық мембранасының құрамына полисахаридтер да кіреді. Олардың қысқа, өте тарамдалған молекулалары ақуыздармен, гликопротеиндермен немесе липидтермен (гликолипидтер) байланысты. Мембраналардағы полисахаридтердің құрамы салмағы бойынша 2-10% құрайды. 10-20 нм қалыңдығы полисахаридті қабат, жануарлардың жасушаларының плазмалеммасымен жоғарғы жағында жабады, гликокаликс деп аталды.

Мембраналардың қасиеттері мен функциялары. Барлық жасушалық мембраналар жылжымалы ағымды құрылымдар болып табылады, өйткені липидтер мен ақуыздар молекулалары өзара коваленттік байланыстарға байланысты емес және мембрананың жазықтығында тез қозғала алады. Осы мембраналар арқылы өз конфигурациясын өзгерте алады, яғни тұрақсыздыққа ие.

Мембрана-құрылымдар өте серпінді. Олар зақымданудан кейін тез қалпына келтіріледі,сондай-ақ созылып, жасушалық қозғалыстар кезінде сығылады.

Жасушалардың әртүрлі типтерінің мембраналары химиялық құрамы бойынша да, олардың ішіндегі ақуыздардың, гликопротеиндердің, липидтердің салыстырмалы құрамы бойынша да, демек, оларда бар рецепторлардың сипаты бойынша да ерекшеленеді. Жасушалардың әрбір түрі негізінен гликопротеиндермен анықталатын даралықпен сипатталады. Жасушалық мембранадан шығып тұратын гликопротеиндердің тармақталған тізбектері сыртқы орта факторларын тануға, сондай-ақ туыстық жасушаларды өзара тануға қатысады. Мысалы, жұмыртқа және сперматозоид жасушалық беттің гликопротеиндері бойынша бір-бірін біледі, олар бір-біріне тұтас құрылымның жеке элементтері ретінде келеді. Мұндай өзара тану — ұрықтандырудың алдындағы қажетті кезең.

Бұл құбылыс тіндерді саралау процесінде байқалады. Бұл жағдайда құрылысы бойынша ұқсас жасушалар плазмалемманың тану учаскелерінің көмегімен бір-біріне қатысты дұрыс бағдарланады, сол арқылы олардың ұлпаларының ілінуі мен түзілуін қамтамасыз етеді. Мембрана арқылы молекулалар мен иондардың тасымалын реттеу, сондай-ақ гликопротеиндер антигендердің рөлін атқаратын иммунологиялық жауап танумен байланысты. Қант, осылайша, ақпараттық молекулалар (ақуыздар мен нуклеин қышқылдары сияқты) ретінде жұмыс істей алады. Мембраналарда арнайы рецепторлар, электрондарды тасымалдаушылар, энергия түрлендіргіштер, ферменттік ақуыздар бар. Ақуыздар жасушаның ішіне немесе одан белгілі бір молекулалардың тасымалдануын қамтамасыз етуге қатысады, цитоскелеттің жасушалық мембраналармен құрылымдық байланысын жүзеге асырады немесе қоршаған ортадан химиялық сигналдарды алу және түрлендіру үшін рецепторлар ретінде қызмет етеді.

Мембрананың маңызды қасиеті-сайлау өткізгіштігі. Бұл молекулалар мен иондар әртүрлі жылдамдықпен өтеді және молекулалардың мөлшері көп болған сайын, олардың мембрана арқылы өту жылдамдығы аз болады. Бұл қасиет плазмалық мембрананы осмотикалық кедергі ретінде анықтайды. Су және онда ерітілген газдар ең жоғары өтетін қабілетке ие; ион мембранасы арқылы айтарлықтай баяу өтеді. Мембрана арқылы су диффузиясы осмос деп аталады.

Мембрана арқылы заттарды тасымалдаудың бірнеше тетіктері бар.

Диффузия-заттардың мембрана арқылы концентрация градиенті {олардың концентрациясы жоғары аймақтан, олардың концентрациясы төмен облысқа енуі). Заттардың (судың, иондардың) диффузды тасымалдануы молекулалық тесіктері бар мембрана ақуыздарының қатысуымен немесе липидтік фазаның (май еритін заттар үшін) қатысуымен жүзеге асырылады.

Жеңілдетілген диффузия кезінде арнайы мембраналық белоктар-тасымалдаушылар сол немесе өзге ионмен немесе молекуламен таңдап байланады және оларды концентрация градиенті бойынша мембрана арқылы тасымалдайды.

Белсенді көлік энергия шығындарымен байланысты және олардың концентрация градиентіне қарсы заттарды тасымалдау үшін қызмет етеді. Ол ион сорғыларын құрайтын арнайы ақуыздармен жүзеге асырылады. Ең зерттелген na-/ К-жануарлардың жасушаларындағы сорғыш, na+ иондарын белсенді сорып алып, бұл ретте К-иондарын жұтып алады. Осының арқасында торда қоршаған ортамен салыстырғанда К — және кіші Na+ үлкен концентрациясы сақталады. Бұл процеске АТФ энергиясы жұмсалады.

Белсенді көлік нәтижесінде мембраналық сорғының көмегімен клеткада Mg2-и Са2+шоғырлануын реттеу жүреді.

Цитоплазмалық мембрана арқылы жасушаға иондарды белсенді тасымалдау барысында түрлі қанттар, нуклеотидтер, аминқышқылдары өтеді.

Ақуыздардың, нуклеин қышқылдарының, полисахаридтердің макромолекулалары, липопротеидті кешендер және т.б. жасушалық мембраналар арқылы иондар мен мономерлерге қарағанда өтпейді. Макромолекул, олардың кешендері мен бөлшектері жасушаның ішіне толығымен басқа жолмен — эндоцитоз арқылы тасымалданады. Эндоцитоз кезінде {эндо… — ішке) плазмалемманың белгілі бір бөлігін жасушадан тыс материалды басып алады және оны мембрананы байлау салдарынан туындаған мембраналық вакуольге қорытындылайды. Одан әрі мұндай вакуоль ферменттері макромолекулаларды мономерлерге дейін ажырататын лизосомамен қосылады.

Процесс, кері эндоцитоз, — экзоцитоз (экзо… — сыртқа). Оның арқасында клетка жасушаішілік өнімдерді немесе вакуольге немесе көпіршіктерге бекітілген сіңірілмеген қалдықтарды шығарады. Көпіршік цитоплазмалық мембранаға сәйкес келеді, онымен бірге, ал оның мазмұны қоршаған ортаға бөлінеді. Гак ас қорыту ферменттері, гормондар, гемицеллюлоза және т. б. шығарылады.

Осылайша, жасушаның негізгі құрылымдық элементтері ретінде биологиялық мембраналар физикалық шекаралар ғана емес, динамикалық функционалдық беттер болып табылады. Органелл мембраналарында заттардың белсенді сіңуі, энергияның түрленуі, АТФ синтезі және т. б. сияқты көптеген биохимиялық процестер жүзеге асырылады.

Биологиялық мембраналардың функциялары::

Жасушаның мазмұнын сыртқы ортадан және органелланың мазмұнын цитоплазмадан шектейді.
Заттарды жасушаға және одан, цитоплазмадан органеллаға және керісінше тасымалдауды қамтамасыз етеді.
Рецепторлардың рөлін орындайды (қоршаған ортадан сигналдарды алу және түрлендіру, жасушалар заттарын тану және т. б.).
Катализаторлар болып табылады (примембранды химиялық процестерді қамтамасыз ету).
Энергияны түрлендіруге қатысады.

Барлық жасушалар мен жасушаішілік органеллалар мембраналармен қоршалған,олар олардың құрылымдық ұйымдары мен жұмыс жасауында маңызды рөл атқарады. Барлық мембраналарды құрудың негізгі принциптері бірдей. Алайда плазмалық мембрана, сондай-ақ эндоплазмалық ретикулумның, Гольджи аппаратының, митохондрий мен ядроның мембраналары елеулі құрылымдық ерекшеліктерге ие, олар өзінің құрамы мен атқаратын қызметінің сипаты бойынша бірегей.

Мембраналар:

* жасушаларды қоршаған ортадан бөледі және оны компартменттерге бөледі (бөліктер);

* клеткалар мен органеллаларға және кері бағытта заттардың тасымалын реттейді;

* жасушааралық байланыстардың ерекшелігін қамтамасыз етеді;

* сыртқы ортадан сигналдарды қабылдайды.

Рецепторларды, ферменттерді, көлік жүйелерін қамтитын мембраналық жүйелердің келісілген жұмыс істеуі жасушаның гомеостазасын қолдауға және жасушалар ішіндегі метаболизмді реттеу арқылы сыртқы ортаның жай-күйінің өзгеруіне тез әсер етуге көмектеседі.

Биологиялық мембраналар бір-бірімен байланысты липидтер мен белоктардан жасалған. Мембрананың негізін Қос липидті қабат құрайды, оның құрамына ақуыз молекулалары енгізілген (күріш. 4.1). Липидті қышқыл амфифильді молекулалардың екі қатарымен түзілген, олардың гидрофобты » қалдықтары «ішке жасырылған, ал гидрофильді топтар — полярлық» бастиектер » сыртқа қаратылып, су ортасымен түйіседі.

1. Мембрананың липидтері. Мембрананың липидтерінің құрамына қаныққан да, қанықпаған май қышқылдары да кіреді. Қанықпаған май қышқылдары қанықтырылғаннан екі есе жиі кездеседі, бұл мембраналардың ағымдылығын және мембраналық ақуыздардың конформациялық лабильділігін анықтайды.

Мембраналарда негізгі үш түрдегі липидтер бар-фосфолипидтер, гликолипидтер және холестерол (күріш. 4.2 — 4.4). Глицерофосфолипидтер жиі кездеседі — фосфатид қышқылының туындылары.

Сур. 4.1. Плазмалық мембрананың көлденең қимасы

Сур. 4.2. Глицерофосфолипидтер.

Фосфатид қышқылы-диацилглицеролфосфат. R1, R2-май қышқылдарының радикалдары (гидрофобты «қалдықтар»). Глицеролдың екінші көміртекті атомымен полиқанықпаған май қышқылының қалдығы байланысты. Полярлық «бастиегі» фосфор қышқылының қалдығы және оған қосылған күкірт, холин, этаноламин немесе инозитол гидрофильді тобы болып табылады

Сондай — ақ, липидтер бар-аминоспирт сфингозин туындылары.

Аминоспирт сфингозин ацилдеу кезінде, яғни NH2-топқа майлы қышқылдың қосылуы церамидке айналады. Церамидтер майлы қышқылдың қалдығы бойынша ерекшеленеді. Церамидтің он-тобымен әртүрлі полярлық топтар байланысты болуы мүмкін. Полярлық «бастиектердің» құрылысына байланысты бұл туындылар екі топқа бөлінген — фосфолипидтер мен гликолипидтер. Сфингофосфолипидтердің полярлық тобының (сфингомиелиндердің) құрылысы глицерофосфолипидтерге ұқсас. Көптеген сфингомиелиндер жүйке талшықтарының миелинді қабықшаларында бар. Гликолипидтер церамидтің көмірсулар туындылары болып табылады. Байланысты құрылыстар углеводной құрамдас бөлігін ажыратады цереброзиды және ганглиозиды.

Холестерол барлық жануарлар жасушаларының мембраналарында бар, ол мембраналарға қаттылық береді және олардың сұйықтығын төмендетеді. Холестерол молекуласы фосфо — және гликолипидтер молекулаларының гидрофобтық «құйрықтарына» параллель мембрананың гидрофобтық аймағында орналасқан. Фосфо — және гликолипидтердің гидрофильді «бастары» сияқты холестерол гидроксильді тобы,

Сур. 4.3. Сфингозин аминоспиртінің туындылары.

Церамид-ацилденген сфингозин (R1-майлы қышқыл). Фосфолипидтерге сфингомиелиндер жатады, оларда полярлық топ фосфор қышқылы мен холин, этаноламин немесе күкірт қалдықтарынан тұрады. Гликолипидтердің гидрофильді тобы (полярлық «бастиегі») көмірсулар қалдығы болып табылады. Цереброзидтердің құрамында сызықтық құрылыстың олигосахаридтық қалдығы бар. Ганглиозидтердің құрамына нанк — N-ацетилнейрамин қышқылы болып табылатын мономерлік буындардың бірі тармақталған олигосахарид кіреді

су фазасына қараған. Мембранадағы холестерол мен басқа да липидтердің молярлық қатынасы 0,3-0,9 тең. Цитоплазмалық мембрананың бұл шамасы ең жоғары мәнге ие.

Мембраналардағы холестерол құрамының артуы май қышқылдары тізбектерінің қозғалуын азайтады, бұл мембраналық ақуыздардың конформациялық лабильділігіне әсер етеді және олардың латералды диффузия мүмкіндігін төмендетеді. Липофильді заттардың әсерінен немесе липидтердің тотығуынан туындаған мембраналардың тұрақтамауы жоғарылаған кезде мембраналардағы холестеролдың үлесі артады.

Сур. 4.4. Фосфолипидтер мен холестерол мембранасындағы жағдай.

Холестерол молекуласы қатты гидрофобты ядросынан және икемді көмірсутекті тізбектен тұрады. Полярлық «бастиегі» холестерол молекуласының 3-ші көміртекті атомының ОН-тобы болып табылады. Салыстыру үшін суретте мембрананың фосфолипидінің схемалық бейнесі көрсетілген. Бұл молекулалардың полярлық басы әлдеқайда көп және заряд бар

Мембраналардың липидті құрамы әртүрлі, қандай да бір липидтің құрамы мембраналарда осы молекулаларды орындайтын функциялардың әртүрлілігімен анықталады.

Мембраналар липидтерінің негізгі функциялары олар тұрады:

* липидті қышқыл — мембрананың құрылымдық негізін қалыптастырады;

* мембраналық ақуыздардың жұмыс істеуі үшін қажетті ортаны қамтамасыз етеді;

* ферменттердің белсенділігін реттеуге қатысады;

* үстіңгі белоктар үшін «якорем» қызметін атқарады;

* гормоналды сигналдарды беруге қатысады.

Липидті қышқылдың құрылымын өзгерту мембраналар функцияларының бұзылуына әкелуі мүмкін.

2. Мембраналар ақуыздары. Мембрананың ақуыздары мембранадағы (күріш. 4.5). Липидті қышқылдың гидрофобты облысымен жанасатын мембраналық ақуыздар амфифильді болуы тиіс,яғни толық емес домен болуы тиіс. Амфифильді қол жеткізіледі, бұл:

* липидті қышқылдармен байланысатын аминқышқыл қалдықтары негізінен толық емес;

• көптеген мембраналық белоктар майлы қышқылдардың қалдықтарымен (ацилденген) ковалентті байланысты.

Ақуызға қосылған май қышқылдарының ацильді қалдықтары мембранада оның «енінуі» және латералды диффузия мүмкіндігін қамтамасыз етеді. Бұдан басқа, мембраналар ақуыздары гликозилдеу және фосфорилдеу сияқты ретрансляциялаудан кейінгі модификацияларға ұшырайды. Интегралды белоктардың сыртқы бетін гликозилдеу оларды жасушааралық кеңістіктің протеаздарымен зақымданудан қорғайды.

Сур. 4.5. Мембраналар ақуыздары:

1, 2-интегралды (трансмембранды) ақуыздар; 3, 4, 5, 6 — беттік ақуыздар. Интегралды ақуыздарда полипептидті тізбектің бір бөлігі липидті қабатқа батырылған. Май қышқылдарының көмірсутекті тізбектерімен өзара әрекеттесетін белоктың учаскелері негізінен полярлы емес амин қышқылдары бар. Полярлық «бастиектер» аймағында орналасқан белок учаскелері гидрофильді аминқышқыл қалдықтарымен байытылған. Беттік белоктар әртүрлі тәсілдермен мембранаға бекітіледі: 3-интегралды белоктармен байланысқан; 4-полярлық» бастарына » липидті қабатқа жалғанған; 5-қысқа гидрофобты шеткі доменнің көмегімен мембранадағы» Зәкір»; 6-ковалентті байланысқан ацильді қалдық көмегімен мембранадағы «Зәкір»

Бір мембрананың сыртқы және ішкі қабаттары липидтер мен белоктардың құрамы бойынша ерекшеленеді. Мембрананың құрылысындағы бұл ерекшелігі трансмембранней асимметрия деп аталады.

Мембраналар ақуыздары қатыса алады:

* жасушаға және жасушадан заттарды сайлау;

* гормоналды сигналдарды беру;

* эндоцитоз мен экзоцитозға қатысатын «жиектелген шұңқырлар» пайда болуы;

* иммунологиялық реакциялар;

* заттардың айналуында ферменттер сапасы;

* тіндер мен мүшелердің түзілуін қамтамасыз ететін жасушааралық байланыстарды ұйымдастыру •

Тақырып 4.2. МЕМБРАНА АРҚЫЛЫ ЗАТТАРДЫ ТАСЫМАЛДАУ

Мембрананың негізгі функцияларының бірі — жасушаға және жасушадан заттарды тасымалдауды реттеу, жасушаға қажет заттарды ұстап тұру және қажетсіз шығару. Иондарды, органикалық молекулаларды мембраналар арқылы тасымалдау концентрация градиенті бойынша-пассивті Көлік және концентрация градиентіне қарсы-активті көлік өтуі мүмкін.

1. Пассивті көлік келесі тәсілдермен жүзеге асырылуы мүмкін (сурет. 4.6, 4.7):

Сур. 4.6. Концентрация градиенті бойынша мембраналар арқылы заттарды тасымалдау механизмдері

Пассивті көлікке белоктық арналар бойынша иондардың диффузиясы жатады, мысалы, диффузия Н+, Са2+, N+, К+. Көптеген арналардың жұмыс істеуі арнайы лигандтармен немесе трансмембрандық әлеуеттің өзгеруімен реттеледі.

Сур. 4.7. Са2+ — инози-тол-1,4,5-трифосфатпен реттелетін эндоплазмалық ретикулум мембранасының арнасы (ИФ3).

ИФ3 (инозитол-1,4,5-трифосфат) ФИФ2 мембраналық липид гидролизінде (фосфатидилинозитол-4,5-бисфосфат) с. фосфолипаза ферментінің әсерінен пайда болады. Ақуыз конформациясы өзгереді және арна ашылады-Са2+ концентрация градиенті бойынша жасушаның цитозолына түседі

2. Белсенді көлік. Бастапқы-белсенді Көлік көлік АТФ энергия шығынымен шоғырлану градиентіне қарсы, мысалы Na+, К+-АТФаза, Н+-АТФаза, Са2+-АТФаза қатысуымен өтеді (сурет. 4.8). Н+ — Атфаздар Протонды сорғылар ретінде жұмыс істейді,олардың көмегімен жасушаның лизосомдарында қышқыл орта құрылады. Цитоплазмалық мембрананың Са2+-АТФазы және эндоплазмалық ретикулум мембранасының көмегімен жасушаның цитозолындағы кальций концентрациясының төмендігі ұсталады және митохондриялар мен эндоплазмалық ретикулумда Са2+ жасушаішілік депосы құрылады.

Екінші белсенді көлік тасымалданатын заттардың бірінің концентрациясының градиенті есебінен жүреді (сурет. 4.9), АТФ шығынымен жұмыс істейтін na+, К+-Атфамен жиі құрылатын болады.

Концентрациясы жоғары заттың тасымалдаушы ақуызының белсенді орталығына қосылуы оның конформациясын өзгертеді және концентрация градиентіне қарсы торға өтетін қосындылардың ұқсастығын арттырады. Екінші белсенді көлік екі түрі бар: белсенді симпорт және антипорт.

3. Мембрана — эндоцитоз және экзоцитоз қатысуымен макромолекул мен бөлшектерді тасымалдау.

Жасушадан тыс ортадан макромолекул жасушасына, мысалы ақуыз, нуклеин қышқылдары, полисахаридтер немесе одан да көп ірі бөлшектер, эндоцитоз арқылы тасымалданады. Заттардың немесе жоғары молекулалық кешендердің байлануы плазмалық мембрананың белгілі бір учаскелерінде жүреді, олар көмкерілген шұңқырлар деп аталады. Эндоцитоз жасушаларға ерекше заттарды сіңіруге мүмкіндік береді және рецептор-тәуелді эндоцитоз деп аталады.

Макромолекулалар, мысалы, пептидті гормондар, ас қорыту ферменттері, жасушадан тыс матрикс ақуыздары, липопротеинді кешендер, экзоцитоз арқылы қанға немесе жасушааралық кеңістікке секретіледі. Көліктің бұл жолы жасушадан секреторлық түйіршіктерде жинақталатын заттарды шығаруға мүмкіндік береді. Көптеген жағдайларда экзоцитоз жасушалардың цитоплазмасындағы кальций иондарының концентрациясын өзгерту жолымен реттеледі.

Тақырып 4.3. СИГНАЛДАРДЫ ТРАНСМЕМБРАНАЛЫҚ БЕРУ

Мембрананың маңызды қасиеті-қоршаған ортадағы сигналдарды жасушаның ішіне қабылдау және беру қабілеті. Сыртқы сигналдарды клеткалармен қабылдау олардың нысана жасушаларының мембранасында орналасқан рецепторлармен өзара әрекеттесуі кезінде жүзеге асырылады. Рецепторлар сигналдық молекуланы қосып, ақпарат берудің жасушаішілік жолдарын белсендіреді,бұл әртүрлі метаболикалық процестердің жылдамдығының өзгеруіне әкеледі.

1. Сигналдық молекуласы, арнайы өзара әрекеттесетін отырып мембраналы рецепторлардың алаңдарында деп аталады бастапқы мессенджером. Бастапқы мессенджерлер ретінде түрлі химиялық қосылыстар — гормондар, нейромедиаторлар, эйкозаноидтар, өсу факторлары немесе физикалық факторлар, мысалы, Жарық кванты. Бастапқы мессенджерлермен белсендірілген жасушалық мембрананың рецепторлары алынған ақпаратты белоктар мен ферменттер жүйесіне береді, олар сигнал беру каскадын құрайды, бірнеше жүз есе сигналдың күшеюін қамтамасыз етеді. Жасушаның жауап беру уақыты метаболикалық процестерді активтендіру немесе инактивациялау, бұлшықет қысқаруы, нысан-жасушалардан заттарды тасымалдау бірнеше минутты құрауы мүмкін.

Мембраналық рецепторлар бөлінеді:

• бастапқы мессенджерді және ионды арнаны байланыстыратын суббірлік бар рецепторлар;

* каталитикалық белсенділік танытуға қабілетті рецепторлар;

* рецепторлар, G-ақуыздардың көмегімен цитозоль ферменттеріне және спецификалық ақуыздарға сигнал беретін қайталама (жасушаішілік) мессенджерлердің түзілуін белсендіретін (күріш. 4.10).

Екіншілік мессенджерлер шағын молекулалық массаға ие, жоғары жылдамдықпен цитозолда жасушаларды диффундирлейді, тиісті ақуыздардың белсенділігін өзгертеді, содан кейін тез ыдырайды немесе цитозольден шығарылады.

Сур. 4.10. Мембранада оқшауланған рецепторлар.

Мембраналық рецепторларды үш топқа бөлуге болады. Рецепторлар: 1 — сигналдық молекуланы және ионды арнаны байланыстыратын суббірлік, мысалы, ацетилхолин рецепторы постсинаптикалық мембранадағы; 2 — сигналдық молекуланы қосқаннан кейін каталит белсенділігін көрсететін, мысалы, инсулиннің рецепторы; 3, 4 — мембраналық G-ақуыздардың қатысуымен аденилатциклаз (АЦ) немесе фосфолипаз С (ФЛС) ферментіне сигнал беретін сигналдар, мысалы, адреналин рецепторларының, ацетилхолин және басқа да сигналдық молекулалардың әртүрлі түрлері. молекулалар

Екінші мессенджерлердің рөлін молекулалар мен иондар орындайды:

• цАМФ (циклдық аденозин-3′, 5′-монофосфат);

• цГМФ (циклдық гуанозин-3′, 5′-монофосфат);

• ИФ3 (инозит-1,4,5-трифосфат);

• ДАГ (диацилглицерол);

* Са2+.

Гормондар (стероидты және тиреоидты) бар, олар липидті қышқылмен өтіп, жасушаға еніп, жасушаішілік рецепторлармен өзара әрекеттеседі. Мембраналық және жасушаішілік рецепторлар арасындағы физиологиялық маңызды айырмашылық келіп түсетін сигналға жауап беру жылдамдығы болып табылады. Бірінші жағдайда әсер тез және қысқа болады, екінші жағдайда-баяу, бірақ ұзақ.

G-ақуыздармен ұштасқан рецепторлар

Гормондардың G-ақуыздармен ұштасқан рецепторлармен өзара әрекеттесуі сигналдың инозитолфосфатты трансдукциясының жүйесін белсендіруге немесе аденилатциклазды реттеу жүйесінің белсенділігінің өзгеруіне әкеледі.

2. Аденилатциклазды жүйе (күріш. 4.11):

— цитоплазмалық мембрананың интегралды ақуыздары:

* Аденилатциклазиялық жүйенің бастапқы месенджер — активаторының Rs-рецепторы • АЦС);

• R; — бастапқы мессенджер-АЦС тежегішінің рецепторы;

• аденилатциклазу ферменті (АЦ).

— «Зәкір» ақуыздары:

• Gs-ГТФ — α, β-суббірліктерден тұратын байланыстырушы белок, онда (α,-суббірлік ГДФ молекуласымен байланысты;

Сур. 4.11. Аденилатциклаз жүйесінің жұмыс істеуі

• G;-ГТФ-αβ-суббірліктерден тұратын байланыстырушы белок, онда а; — суббірлік ГДФ молекуласымен байланысты; — цитозолды фермент протеинкиназу А (ПКА).

Аденилатциклазиялық жүйенің көмегімен бастапқы мессенджерлер сигналын беру оқиғаларының реті

Рецептордың мембрананың сыртқы бетінде бастапқы месенджерді байланыстыру орталықтары және мембрананың ішкі бетінде G-ақуыз (α, β-ГДФ) бар. Аденилатциклаз жүйесінің активаторымен өзара әрекеттесуі, мысалы, рецептор (Rs) гормонымен, рецептор конформациясының өзгеруіне әкеледі. G рецепторлардың ұқсастығы артады..- ақуыз. GS-ГДФ-ға гормон-рецептор кешенінің қосылуы α,-g суббірліктері ұқсастығын төмендетеді..- ГДФ-ға ақуыз және ГТФ-ға ұқсастықты арттырады. Белсенді ортада α,-ГДФ суббірліктері ГТФ-ға ауыстырылады. Бұл α, және оның β, суббірліктеріне ұқсастығы төмендейді. Отделившаяся субъединица α,,-ГТФ латерально перемещается » липидном қабатындағы мембрана — ферменту аденилатциклазе.

Аденилатциклазаның реттеуші орталығымен α,-ГТФ өзара әрекеттесуі ферменттің конформациясын өзгертеді, оның белсендірілуіне және екінші месенджер — циклдық аденозин — 3′, 5′-монофосфаттың (цАМФ) түзілу жылдамдығының артуына әкеледі. Жасушада цАМФ концентрациясы артады. ЦАМФ молекулалары екі реттеуіш (R) және екі каталитикалық (С) суббірліктерден тұратын А (ПКА) протеинкиназасының реттеуіш суббірліктерімен қайта қосылуы мүмкін — (R2С2). R2с2 кешені ферментативті белсенділікке ие емес. ЦАМФ-ның реттеуіш суббірліктерге қосылуы олардың конформациясының өзгеруін және С-суббірліктерге комплементарлықтың жоғалуын тудырады. Каталитикалық суббіреулер ферментативті белсенділікке ие болады.

А белсенді протеинкиназа АТФ көмегімен күкірт және треонин қалдықтары бойынша ерекше ақуыздарды фосфорлайды. Ақуыздар мен ферменттердің фосфорлануы олардың белсенділігін арттырады немесе төмендетеді, сондықтан олар қатысатын метаболикалық процестердің жылдамдығы өзгереді.

R рецепторының сигналдық молекуласымен белсендіру G үшін бірдей ережелер бойынша өтетін Gj-ақуыз қызметін ынталандырады. .- ақуыз. Бірақ αi-ГТФ суббірлігінің аденилатциклазамен өзара әрекеттесуі кезінде ферменттің белсенділігі төмендейді.

Аденилатциклазаның және протеинкиназаның инактивациясы

аденилатциклазамен өзара әрекеттескен кезде ГТФ-мен комплексіндегі α,-суббірлік ферментативті (ГТФ-фосфатазды) белсенділікті байқай бастайды, ол ГТФ гидролиздейді. ГДФ молекуласы түзілетін α,-суббірліктердің белсенді орталығында қалады, оның конформациясын өзгертеді және АЦ-ке сәйкес келуін азайтады. АЦ және α,-ГДФ кешені диссоциацияланады, α,-ГДФ G-ға қосылады..-белок. Аденилатциклазадан α,-ГДФ бөлімшесі фермент пен цАМФ синтезін инактивациялайды.

Фосфодиэстераза-цитоплазмалық мембрананың «заякоренный» ферменті АМФ дейін бұрын пайда болған цАМФ молекулаларын гидролиздейді. Клеткадағы цАМФ концентрациясының төмендеуі цАМФ4К » 2 кешенінің ыдырауын тудырады және R-және С-суббірліктердің ұқсастығын арттырады, ПКА белсенді емес түрі пайда болады.

Фосфорилденген ферменттер мен ақуыздар фосфопротеинфосфатазаның әсерінен дефосфорилденген қалыпқа ауысады,олардың конформациясы, белсенділігі және осы ферменттер қатысатын процестердің жылдамдығы өзгереді. Нәтижесінде жүйе бастапқы күйге келеді және гормонның рецептормен өзара әрекеттесуі кезінде қайта белсендіруге дайын. Осылайша, қандағы гормон құрамының және нысан-жасушалардың жауап қарқындылығының сәйкестігі қамтамасыз етіледі.

3. Аденилатциклазиялық жүйенің гендер экспрессиясын реттеуге қатысуы. Көптеген ақуыз гормондары: аденилатциклазиялық жүйе арқылы өз сигналын беретін глюкагон, вазопрессин, паратгормон және т.б. жасушадағы ферменттерді фосфорландыру жолымен реакциялар жылдамдығының өзгеруін тудырып қана қоймай, гендер экспрессиясын реттей отырып, олардың санын көбейтіп немесе азайтып, олардың санын көбейте алады (сурет. 4.12). А белсенді протеинкиназа ядрода өтіп, транскрипция факторы фосфорилденуі мүмкін (СRЕВ). Фосфордың қосылуы

Сур. 4.12. Ерекше гендердің экспрессиясына әкелетін аденилатциклазды жол

қалдық транскрипция факторының (СRЕВ-(Р) ДНҚ-СRЕ (цАМФ-response element) реттеуіш аймағының ерекшелігіне сәйкес келуін арттырады және белгілі бір белоктар гендерінің экспрессиясын ынталандырады.

Синтезделген белоктар санының артуы метаболикалық процестер реакциясының жылдамдығын арттыратын ферменттер немесе белгілі бір иондардың, судың немесе басқа заттардың клеткадан түсуін немесе шығуын қамтамасыз ететін мембраналық тасымалдаушылар болуы мүмкін.

Сур. 4.13. Инозитфосфат жүйесі

Жүйенің жұмысын ақуыздар қамтамасыз етеді: кальмодулин, с протеинкиназа ферменті, Са2+-кальмодулин-тәуелді протеинкиназа, Са2+реттелетін эндоплазмалық ретикулум мембранасының арналары, Са2+-Атфазалар жасушалық және митохондриальдық мембраналар.

Инозитфосфат жүйесінің көмегімен бастапқы мессенджерлер сигналын беру оқиғаларының реті

Инозитолфосфат жүйесінің активаторын (R) рецептормен байланыстыру оның конформациясының өзгеруіне әкеледі. Артады сродство жүрдім — Gфлс-ақуыз. Алғашқы мессенджер-рецептор кешенінің gфлс-ГДФ-ға қосылуы афлс-суббірліктердің ГДФ-ға туысуын төмендетеді және ГТФ-ға туысуын арттырады. Афлс белсенді орталығында-ГДФ суббірліктері ГТФ-ға ауыстырылады. Бұл афлс суббірлігінің конформациясының өзгеруін және β-суббірліктерге туысудың төмендеуін тудырады, Gфлс-ақуыздың диссоциациясы болады. Афлс-ГТФ бөлінетін суббірлік фосфолипазаға мембранамен қозғалады.

Басқа да ұқсас мәліметтер

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *