Фосфолипиды как вторичные посредники. Система кальций-кальмодулин как вторичный посредник

Слайд 1Фосфолипиды как вторичные посредники. Система кальций-кальмодулин как вторичный посредникОписание слайда:

ЦИКЛИЧЕСКИЕ НУКЛЕОТИДЫ В РОЛИ ВТОРИЧНЫХ ПОСРЕДНИКОВ

Слайд 2Фосфолипиды как вторичные посредники. Система кальций-кальмодулин как вторичный посредник Слайд 3Фосфолипиды как вторичные посредники. Система кальций-кальмодулин как вторичный посредникСлайд 4Фосфолипиды как вторичные посредники. Система кальций-кальмодулин как вторичный посредникСлайд 5Фосфолипиды как вторичные посредники. Система кальций-кальмодулин как вторичный посредникОписание слайда:

ХАРАКТЕРИСТИКИ цАМФ КАК ВТОРИЧНОГО ПОСРЕДНИКА

Слайд 6Фосфолипиды как вторичные посредники. Система кальций-кальмодулин как вторичный посредникОписание слайда:

ПРИМЕРЫ цАМФ-ЗАВИСИМЫХ ПРОЦЕССОВ

Слайд 7Фосфолипиды как вторичные посредники. Система кальций-кальмодулин как вторичный посредникСлайд 8Фосфолипиды как вторичные посредники. Система кальций-кальмодулин как вторичный посредникСлайд 9Фосфолипиды как вторичные посредники. Система кальций-кальмодулин как вторичный посредникОписание слайда:

ПРОТЕИНКИНАЗА А

Слайд 10Фосфолипиды как вторичные посредники. Система кальций-кальмодулин как вторичный посредникОписание слайда:

БЕЛКИ-СУБСТРАТЫ ДЛЯ ПРОТЕИНКИНАЗЫ А

Слайд 11Слайд 12Описание слайда:

ОБРАЗОВАНИЕ И РАСПАД цГМФ

Слайд 13Слайд 14Слайд 15Описание слайда:

ПУТИ ОБРАЗОВАНИЯ цГМФ

Слайд 16Описание слайда:

ДВЕ ФОРМЫ ГУАНИЛАТЦИКЛАЗЫ

Слайд 17Описание слайда:

МЕХАНИЗМ ДЕЙСТВИЯ НАТРИЙУРЕТИЧЕСКОГО ПЕПТИДА

Слайд 18Слайд 19Описание слайда:

РАСТВОРИМАЯ ФОРМА ГЦ

Слайд 20Описание слайда:

ПРОТЕИНКИНАЗА G

Слайд 21Описание слайда:

РЕЦЕПТОРЫ, ПРОЯВЛЯЮЩИЕ ФЕРМЕНТАТИВНУЮ АКТИВНОСТЬ

Слайд 22Слайд 23Слайд 24Слайд 25Слайд 26Слайд 27Слайд 28Слайд 29Слайд 30Описание слайда:

РЕЦЕПТОРЫ, НЕ ПРОЯВЛЯЮЩИЕ ФЕРМЕНТАТИВНУЮ АКТИВНОСТЬ, НО СОПРЯЖЕННЫЕ С ТИРОЗИНКИНАЗОЙ

Слайд 31Слайд 32Описание слайда:

КАЛЬЦИЙ-ЗАВИСИМЫЕ ПУТИ РЕГУЛЯЦИИ КЛЕТОЧНОЙ АКТИВНОСТИ

Слайд 33Слайд 34Слайд 35Описание слайда:

Роль ионов кальция как вторичного посредника

Слайд 36Описание слайда:

Характеристики Ca2+как вторичного посредника

Слайд 37Описание слайда:

Кальций-связывающие белки

Слайд 38Слайд 39Слайд 40Слайд 41Описание слайда:

II.Кальций-фосфолипид-связывающие белки

Слайд 42Слайд 43Описание слайда:

III.Кальций-запасающие белки

Слайд 44Описание слайда:

IV.Кальций-связывающие белки в составе ион-транспортных систем

Слайд 45Описание слайда:

V. Регуляторные кальций-связывающие белки, не проявляющие ферментативной активности

Слайд 46Слайд 47Слайд 48Слайд 49Описание слайда:

Са2+-кальмодулин-зависимые

Слайд 50Слайд 51Описание слайда:

ПРЯМОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ КОМПЛЕКСА Са2+ – КАЛЬМОДУЛИН С ФЕРМЕНТОМ-МИШЕНЬЮ

Слайд 52Слайд 53Описание слайда:

СИГНАЛЬНАЯ СИСТЕМА, ОПОСРЕДОВАННАЯ ИОНАМИ КАЛЬЦИЯ И ПРОДУКТАМИ ГИДРОЛИЗА МЕМБРАННЫХ ФОСФОИНОЗИТИДОВ

Слайд 54Слайд 55Слайд 56Слайд 57Описание слайда:

ПРОДУКТЫ ГИДРОЛИЗА ФОСФОИНОЗИТИДОВ: ВТОРИЧНЫЕ ПОСРЕДНИКИ

Слайд 58Описание слайда:

ИЗОФОРМЫ ФОСФОЛИПАЗЫ С

Слайд 59Слайд 60Слайд 61Слайд 62Слайд 63Описание слайда:

ПРОЦЕССЫ, В КОТОРЫХ УЧАСТВУЕТ ПРОТЕИНКИНАЗА С

Слайд 64Слайд 65Слайд 66Слайд 67Описание слайда:

Газовые посредники – новый класс сигнальных молекул

Слайд 68Описание слайда:

Общие свойства газовых посредников Небольшие липофильные молекулы, свободно проникают через мембраны Функционируют без участия мембранных рецепторов Проявляют эндокринный, паракринный и аутокринный эффекты Образуются эндогенно благодаря специальным ферментам Имеют специфическую функцию при физиологически значимых концентрациях. Функция газового посредника может быть имитирована экзогенно его аналогом (применение доноров) Клеточные эффекты газовых посредников могут быть прямыми или опосредованными вторичными посредниками, но всегда есть специфические клеточные и молекулярные мишени

Слайд 69Описание слайда:

Основные представители класса газотрансмиттеров Основные представители класса газотрансмиттеров

Слайд 70Слайд 71Слайд 72Описание слайда:

РОЛЬ ОКСИДА АЗОТА

Слайд 73Слайд 74Описание слайда:

ИЗОФОРМЫ NO-СИНТАЗЫ

Слайд 75Слайд 76Слайд 77Описание слайда:

РАСТВОРИМАЯ ФОРМА ГЦ

Слайд 78Слайд 79Слайд 80Слайд 81Слайд 82Слайд 83Слайд 84Слайд 85Описание слайда:

Субстрат для образования СО — молекула гема, являющаяся небелковым компонентом гем-протеинов (гемоглобин, миоглобин, каталаза, пероксидаза, цитохромы). Реакция катализируется гем-оксигеназой L

Слайд 86Описание слайда:

Продукция СО продемонстрирована в сосудах, нервной ткани, печени, почках, коже, кишечнике, легких, желудочках сердца, эпифизе, матке (эндо- и миометрий, хорион), костях, сперматогониях и др.

Слайд 87Слайд 88Слайд 89Слайд 90Описание слайда:

Метаболизм сероводорода

Слайд 91Описание слайда:

Известные молекулярные мишени H2S

Слайд 92Описание слайда:

ЭФФЕКТЫ СЕРОВОДОРОДА

Слайд 93Описание слайда:

Синергизм газотрансмиттеров

Системы вторичных по­средников

1. Система аденилатциклаза -цАМФ

Мембранный фер­мент аденилатциклаза может находиться в двух формах — активи­рованной и неактивированной.

Активация аденилатциклазы проис­ходит под влиянием гормон-рецепторного комплекса, образование которого приводит к связыванию гуанилового нуклеотида (ГТФ) с особым регуляторным стимулирующим белком (GS-белок), после чего GS-белок вызывает присоединение Mg к аденилатциклазе и ее активацию (рис.3.14).

Фосфолипиды как вторичные посредники. Система кальций-кальмодулин как вторичный посредникРис.3.14. Механизм опосредования гормонального стимула системой аденилатциклаза-цАМФ.

Так действуют активирующие аденилатциклазу гормо­ны — глюкагон, тиротропин, паратирин, вазопрессин (через V-2-рецепторы), гонадотропин и др. Ряд гормонов, напротив, подавляет аденилатциклазу — соматостатин, ангиотензин- II и др.

Гормон-рецепторные комплексы этих гормонов взаимодействуют в мембране клетки с другим регуляторным ингибирующим белком (GI-белок), который вызывает гидролиз ГТФ до ГДФ и, соответственно, подав­ление активности аденилатциклазы.

Адреналин через бета-адренорецепторы активирует аденилатциклазу, а через альфа-1-адренорецепторы  ее  подавляет.

Под влиянием аденилатциклазы из АТФ синтезируется цАМФ, вызывающий активацию двух типов протеинкиназ в цитоплазме клетки, ведущих к фосфорилированию многочисленных внутрикле­точных белков.

Это меняет проницаемость мембран, активность и количество ферментов, т.е. вызывает типичные для гормона метабо­лические и, соответственно, функциональные сдвиги. В табл.3.

3 приведены основные эффекты активации цАМФ-зависимых проте­инкиназ.

Виды белков Эффекты фосфорилирования
Компоненты мембраны Изменения проницаемости
Ферменты, лимитирующие скорость метаболического процесса Активация или подавление
Белки рибосом Активирование или подавление трансляции
Ядерные белки Активирование или подавление транскрипции
Белки микротрубочек Секреторный, двигательный эффекты или изменение конфигурации   клетки
  • Кроме активации протеинкиназ внутриклеточные эффекты цАМФ реализуются также через три других механизма:
  • 1) Систему кальций-кальмодулин,
    2) Трансметилазную систему,
  • 3) Аденозин-5-монофосфат — аденозин.

О роли системы кальций-кальмодулин будет сказано ниже. Трансметилазная система обеспечивает метилирование ДНК, всех типов РНК, белков хроматина и мембран, ряда гормонов на уровне тканей, фосфолипидов мембран.

Это способствует реализации мно­гих гормональных влияний на процессы пролиферации, дифференцировки, состояние проницаемости мембран и свойства их ионных каналов и, что важно подчеркнуть особо, влияет на доступность мембранных  реиепторных  белков  молекулам гормонов.

Прекращение гормонального эффекта, реализуемого через систему аденилатциклаза-цАМФ, осуществляется с помощью специального фермента фосфодиэстеразы цАМФ, вызывающей гидролиз этого вто­ричного посредника с образованием аденозин-5-монофосфата. Одна­ко, этот продукт гидролиза превращается в клетке в аденозин, обла­дающий четким эффектом подавления процессов метилирования, что также играет роль в реализации определенных гормональных влияний.

2. Система гуанилатциклаза-цГМФ

Система гуанилатциклаза-цГМФ. Активация мембранной гу-анилатциклазы происходит не под непосредственным влиянием гор­мон-рецепторного комплекса, а опосредованно через ионизирован­ный кальций и оксидантные системы мембран.

Типичная стимуля­ция активности гуанилатциклазы ацетилхолином также реализуется опосредованно через Са++ . Через активацию гуанилатциклазы ре­ализует эффект и натриуретический гормон предсердий — атриопептид.

Путем активации перекисного окисления стимулирует гу-анилатциклазу биологически активное вещество (тканевой гормон) сосудистой стенки — расслабляющий эндотелиальный фактор.

Под влиянием гуанилатциклазы из ГТФ синтезируется цГМФ, активи­рующий цГМФ-зависимые протеинкиназы, которые уменьшают ско­рость фосфорилирования легких цепей миозина в гладких мышцах стенок сосудов, приводя к их расслаблению.   В большинстве тканей биохимические и физиологические эффекты цАМФ и цГМФ проти-воложны.

Примерами могут служить стимуляция сокращений сердца под влиянием цАМФ и торможение их цГМФ, стимуляция сокра­щения гладких мышц кишечника цГМФ и подавление цАМФ. цГМФ играет роль в гиперполяризации рецепторов сетчатки глаза под влиянием фотонов света. Ферментативный гидролиз цГМФ осущест­вляется  с   помощью  специфической  фосфодиэстеразы.

Читайте также:  УЗИ грудной клетки. УЗИ диагностика патологии грудной стенки.

3. Система фосфолипаза С — инозитол-три-фосфат

Гормонрецепторный комплекс с участием регуляторного G-белка ве­дет к активации мембранного фермента фосфолипазы С, вызывающей гидролиз фосфолигшдов мембраны с образованием двух вторичных посредников: инозитол-3-фосфата и диадилглицерола.

Инозитол-3-фосфат вызывает выход Са++ из внутриклеточных депо, в основном из эндоплазматического ретикулума, ионизированный кальций связы­вается со специализированным белком кальмодулином, что обеспечи­вает  активацию ряда  протеинкиназ и  фосфорилирование  внутриклеточных структурных белков и ферментов (рис.3.15).

Фосфолипиды как вторичные посредники. Система кальций-кальмодулин как вторичный посредникРис.3.15. Механизм опосредования гормонального стимула системой фосфолипаза С — инозитол-3-фосфат. Пояснения в тексте.

В свою очередь диацилглицерол способствует резкому повышению сродства протеинкиназы С к ионизированному кальцию, последний без участия кальмодулина ее активирует, что также завершается процессами фосфорилирования других белков.

Диацилглицерол одновременно может реализовывать и другой путь опосредования гормонального эффекта, так как он акти­вирует фосфолипазу А-2.

Под влиянием последней из мембранных фосфолипидов образуется арахидоновая кислота, являющаяся источни­ком мощных по метаболическим и физиологическим эффектам ве­ществ — простагландинов и лейкотриенов.

Необходимо указать, что в разных клетках превалирует один или другой пути образования вто­ричных посредников, что в конечном счете и определяет физиологи­ческий эффект гормона. Через рассмотренные системы вторичных посредников реализуются эффекты адреналина (при связи с альфа-адренорецептором), вазопрессина (при связи с V- 1-рецептором), ангиотензина- II,  соматостатина,  окситоцина и других  гормонов.

4. Система Са — кальмодулин

Система Са — кальмодулин. Ионизированный кальций посту­пает в клетку после образования гормон-рецепторного комплекса либо из внеклеточной среды за счет активирования медленных каль­циевых каналов мембраны (как это происходит, например, в ми­окарде), либо из внутриклеточных депо, под влиянием вышеописан­ных внутриклеточных процессов.

В цитоплазме немышечных клеток кальций связывается со специальным белком-кальмодулином, а в мышечных клетках роль кальмодулина выполняет тропонин С. Свя­занный с кальцием кальмодулин изменяет свою пространственную организацию и активирует многочисленные протеинкиназы, обеспе­чивающие фосфорилирование белков.

Кроме того комплекс каль­ций-кальмодулин активирует фосфодиэстеразу цАМФ, что подавляет ее эффект как вторичного посредника.

Кратковременное увеличение в клетке кальция и его связывание с кальмодулином является пус­ковым стимулом для многочисленных физиологических процессов — сокращения мышц, секреции гормонов и выделения медиаторов, синтеза ДНК, изменения подвижности клеток, транспорта веществ через  мембраны,  изменения  активности  ферментов.

  • Рубрики
    • Анатомия
    • Без рубрики
    • БОЛЕЗНИ
    • ДИЕТЫ
    • ЗДОРОВЫЙ ОБРАЗ ЖИЗНИ
    • ЛЕКАРСТВЕННЫЕ ПРЕПАРАТЫ
    • Лечение за рубежом
    • Микробиология
    • МКБ-10
      • Класс I
      • Класс II
      • Класс III
      • Класс IV
      • Класс V
      • Класс VI
      • Класс VII
      • Класс XI
    • НЕВРОЛОГИЯ И НЕЙРОХИРУРГИЯ
    • ОРГАНИЗМ ЧЕЛОВЕКА
    • ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ
    • ПЕРВАЯ ПОМОЩЬ
    • Разное
    • СЛОВАРЬ МЕДИЦИНСКИХ ТЕРМИНОВ
    • ФАРМАКОГНОЗИЯ
      • Лекарственные растения
      • Общие положения
    • ФАРМАКОЛОГИЯ
    • ФИЗИОЛОГИЯ ЧЕЛОВЕКА

Вторичные мессенджеры

  • 374-375
  • Гормоны. Гидрофильные гормоны
  • Вторичные мессенджеры

Фосфолипиды как вторичные посредники. Система кальций-кальмодулин как вторичный посредникВторичные мессенджеры, или посредники, это внутриклеточные вещества, концентрация которых строго контролируется гормонами, нейромедиаторами и другими внеклеточными сигналами (см. с. 372). Такие вещества образуются из доступных субстратов и имеют короткий биохимический полупериод. Наиболее важными вторичными мессенджерами являются цАМФ (сAMP), цГТФ (cGTP), Са2+, инозит-1,4,5-трифосфат [ИФ3 (lnsP3)], диацилглицерин [ДАГ (DAG)] и монооксид азота (NO).

А. Циклический АМФ

Биосинтез.

Нуклеотид цАМФ (3',5'-циклоаденозинмонофосфат, сАМР} синтезируется мембранными аденилатциклазами [1] — семейством ферментов, катализирующих реакцию циклизации АТФ (АТР) с образованием цАМФ и неорганического пирофосфата. Расщепление цАМФ с образованием АМФ (AMP) катализируется фосфодиэстеразами [2], которые ингибируются при высоких концентрациях метилированных производных ксантина, например кофеином.

Активность аденилатциклазы контролируется G-белками, которые в свою очередь сопряжены с рецепторами третьего типа, управляемыми внешними сигналами (см. с. 372). Большинство G-белков (Gs-белки) активируют аденилатциклазу, некоторые G-белки ее ингибируют (Gi-белки). Некоторые аденилатциклазы активируются комплексом Са2+/кальмодулин.

Механизм действия. цАМФ является аллостерическим эффектором протеинкиназ А (ПК-Α) [3] и ионных каналов (см. с. 372). В неактивном состоянии ПК-Α является тетрамером, две каталитические субъединицы (К-субъединицы) которого ингибированы регуляторными субъединицами (Р-субъединицы) (аутоингибирование).

При связывании цАМФ Р-субъединицы диссоциируют из комплекса и К-единицы активируются. Фермент может фосфорилировать определенные остатки серина и треонина в более чем 100 различных белках, в том числе во многих ферментах (см. с. 158) и факторах транскрипции.

В результате фосфорилирования изменяется функциональная активность этих белков.

Наряду с цАМФ функции вторичного мессенджера может выполнять и цГМФ (cGMP) (см. с. 346). Оба соединения различаются по метаболизму и механизму действия.

Б. Роль ионов кальция

Уровень ионов кальция. Концентрация ионов Са2+ в цитоплазме нестимулированной клетки очень низка (10-100 нМ). Низкий уровень поддерживается кальциевыми АТФ-азами (кальциевыми насосами) и натрий-кальциевыми обменниками.

Резкое повышение концентрации ионов Са2+ в цитоплазме (до 500-1000 нМ) происходит в результате открывания кальциевых каналов плазматической мембраны или внутриклеточных кальциевых депо (гладкого и шероховатого эндоплазматического ретикулума).

Открывание каналов может быть вызвано деполяризацией мембран или действием сигнальных веществ, нейромедиаторов (глутамат и АТФ, см. с. 342), вторичных мессенджеров (ИФ3 и цАМФ), а также вещества растительного происхождения рианодина.

В цитоплазме и клеточных органеллах имеется множество белков способных связывать Са2+, некоторые из них выполняют роль буфера.

При высокой концентрации в цитоплазме ионы Са2+ оказывает на клетку цитотоксическое действие. Поэтому уровень кальция в отдельной клетке испытывает кратковременные всплески, увеличиваясь в 5-10 раз, а стимуляция клетки увеличивает лишь частоту этих флуктуаций.

Действие кальция опосредовано специальными Са2+-связывающими белками («кальциевыми сенсорами»), к которым принадлежат аннексин, кальмодулин и тропонин (см. с. 326). Кальмодулин — сравнительно небольшой белок (17 кДа) — присутствует во всех животных клетках.

При связывании четырех ионов Са2+ (на схеме голубые кружочки) кальмодулин переходит в активную форму, способную взаимодействовать с многочисленными белками. За счет активации кальмодулина ионы Са2+ оказывают влияние на активность ферментов, ионных насосов и компонентов цитоскелета.

B. Инозит-1,4,5-трифосфат и диацилглицерин

Гидролиз фосфатидилинозит-4,5-дифосфата [ФИФ2 (PlnsP2)] фосфолипазой С [4] приводит к образованию двух вторичных мессенджеров: инозит-1,4,5-трифосфата и диацилглицерина.

Гидрофильный ИФ3 поступает в эндоплазматический ретикулум [ЭР (ЕR)] и индуцирует высвобождение ионов Са2+ из запасающих везикул.

Липофильный ДАГ остается в мембране и активирует протеинкиназу C, которая в присутствии Са2+ фосфорилирует различные белковые субстраты, модулируя их функциональную активность.

ПОИСК

    Кальмодулин — вторичный посредник гормонов растений и животных. После присоединения двух ионов кальция из него выделяется активная субъединица, активирующая определенные протеинкиназы. [c.

Читайте также:  Острая печеночная недостаточность. Врачебная тактика при печеночной недостаточности.

462]

    Гормональная регуляция обмена веществ осуществляется специфическими веществами — гормонами (см. главу 7). Гормоны регулируют внутриклеточный обмен через вторичные посредники, такие как циклические нуклеотиды, ионы кальция, а также белками-рецепторами и др.

Изменение их содержания в клетке также влияет на скорость метаболизма. [c.37]

    Вторичным посредником такого рода является кальций. Изучение способов регуляции концентрации ионизированного кальция в клетке, выяснение механизмов, управляющих его взаимодействием со связывающими его белками, а также характер и способ трансформации сигнала от вторичного мессенджера на исполнительные механизмы клетки открывает принципиально новые возможности настройки клеточного метаболизма. [c.5]

    Существует несколько основных кандидатов на роль иона — вторичного посредника в клетке. Сульфат, бикарбонат и фосфат — очень крупные многоатомные анионы, а анион хлора обладает сравнительно большим радиусом и несет, к тому же, всего один заряд. Поэтому эти анионы не способны к прочному связыванию с макромолекулами, в частности с белками.

Калий также имеет относительно большой ионный радиус. Ион натрия, хотя и обладает радиусом, близким радиусу иона кальция (соответственно 0,102 и 0,100 нм при координационном числе 6), но, как и ион калия, однозаряден. Большие размеры анионов и единичный заряд у калия и натрия, по-видимому, затрудняют формирование достаточно прочных их связей с белковыми лигандами.

[c.15]

    Вероятно, в силу всех изложенных причин живые системы избрали ион кальция на роль вторичного мессенджера в регуляции метаболизма.

Естественно, что изложенные выше соображения относительна выбора иона — вторичного посредника, основаны на том допущении, что исследователь, опираясь на нынешний уровень познания, способен решить одну из многочисленных загадок Природы.

В истории, однако, было слишком много случаев, когда внешне привлекательные концепции оказывались несостоятельными. Вполне возможно, например, что выбор вторичного мессенджера был сделан совершенно случайным образом. [c.16]

    С появлением концепции о роли вторичных посредников в регуляции метаболизма клетки стала проясняться универсальная роль кальция в физиологических и биохимических процессах. Кальций участвует в регуляции клеточного метаболизма посредством локального изменения концентрации его свободных ионов в цитоплазме. [c.42]

    СИГНАЛИЗАЦИЯ С УЧАСТИЕМ РЕЦЕПТОРОВ КЛЕТОЧНОЙ ПОВЕРХНОСТИ И ВТОРИЧНЫХ ПОСРЕДНИКОВ-ИОНОВ КАЛЬЦИЯ И ЦИКЛИЧЕСКОГО АМР [c.52]

    Второй способ действия рецепторов состоит в том, что они открывают или закрывают регулируемые ионные каналы плазматической мембраны.

Здесь возможны два механизма создания сигнала 1) изменение в состоянии каналов порождает небольшой и непродолжительный ток ионов, что приводит к кратковременному изменению мембранного потенциала 2) открытие каналов приводит к значительному притоку ионов в цито юль, что, в свою очередь, вызывает внутриклеточную реакцию.

Первый механизм работает главным образом в электрически активных клетках, например в нейронах и мышечных волокнах.

Так, большинство нейромедиаторов регулирует мембранный потенциал постсинаптической клетки, открывая или закрывая ионные каналы ее плазматической мембраны падение мембранного потенциала ниже определенного порогового уровня вызывает взрывную деполяризацию мембраны (потенциал действия), которая быстро распространяется по всей мембране постсинаптической клетки. Изменения мембранного потенциала не сопровождаются за.метными изменениями концентраций ионов в цитозоле, так что исходный сигнал, полученный постсинаптической мембраной, не превращается в истинный внутриклеточный сигнал до тех пор, пока распространяющийся потенциал действия не дойдет до нервного окончания. Плазматическая мембрана нервного окончания содержит потенциалзависимые каналы для Са » . Вызванная потенциалом действия временная деполяризация мембраны открывает эти каналы, и ионы кальция устремляются внутрь окончания вниз по своему очень электрохимическому градиенту, выполняя роль вторичного посредника, запускающего секрецию нейромедиаторов. [c.56]

    Появляется все больше данных о том, что ион Са «, подобно сАМР, является важным внутриклеточным регулятором и служит вторичным посредником для некоторых внеклеточных сигнальных молекул. Концентрация свободных ионов Са в цитозоле, как и содержание сАМР, в норме очень мала. Хотя общая внутриклеточная концентрация ионов кальция близка к внеклеточной 10 М), концентрация свободных ионов Са » в цитозоле [c.61]

    Хотя сАМР и кальций — не единственные внутриклеточные медиаторы внеклеточных сигналов, они используются в качестве вторичных посредников столь часто, что механизм их действия заслуживает специального рассмотрения. [c.63]

    В последние десятилетия достигнуты большие успехи в расшифровке молекулярных механизмов действия гормонов. Этому в немалой степени способствовали такие важные события, как открытие вторичных внутриклеточных посредников (цикло-АМФ, цикло-ГМФ, фосфоинозитидов и ионов кальция), [c.134]

    При связывании инсулина с рецептором происходит следующее повышается трансмембранный перенос в клетку глюкозы, аминокислот, катионов, жирных кислот изменяется конформация комплекса инсулин — рецептор , и этот комплекс проникает внутрь клетки (интернализация) генерация одного или нескольких сигналов в виде вторичных посредников, в качестве которых может выступать и сам инсулин, а также ионы кальция, циклические нуклеотиды, перекись водорода, отщепленные от мембраны пептиды, продукты метаболизма фосфатидилинозитолов, моновалентные катионы, тирозинкиназа. [c.390]

    Кальций также участвует во внутриклеточной регуляции в комбинации с двумя другими вторичными посредниками (рис. 5,11) — ионизи-толтрифосфатом и диацилглицеролом. [c.79]

    Вторичные посредники не только позволяют рецепторам клеточной поверхности переводить внеклеточные сигналы во внутриклеточные, но и обеспечивают значительное усиление первоначального сигнала.

Как уже было показано, в случае активации аденилатциклазы каждая молекула рецептора, присоединившая лиганд, активирует много молекул О-белка, а значит, и много молекул аденилатциклазы. В свою очередь, каждая молекула аденилатциклазы катализирует превращение множества молекул АТР в сАМР.

Аналогичным образом, если присоединение лиганда к рецептору ведет к открытию кальциевых каналов, в цитозоль проникает сразу много ионов кальция.

Эти вторичные посредники служат аллостери-ческими эффекторами, активирующими определенные белки, например протеинкиназы, которые, в свою очередь, превращают (в случае киназ — путем фосфорилирования) очень большое число молекул-субстратов в третьи посредники и т. д. Благодаря таким каскадам одна вне- [c.66]

    Наиболее полно охарактеризованы два основных пути передачи информации в клетке, которые различаются природой и свойствами вторичных мессенджеров.

В аденилатциклазном пути в качестве внутриклеточного посредника выступает циклический аденозинмонофосфат.

В фосфоинозитидном пути действует группа мессенджеров ионы кальция и образующиеся из мембранных фосфолипидов инозитолтрифосфат и диацилглицерол. [c.71]

Метаболизм кальция

Метаболизм кальция является как человеческий организм регулирует его концентрацию в крови: поглощение, выделение и хранение. Это также обусловливает строение скелета и других кальциевых структур. Эти два аспекта тесно взаимодействуют с передачей клеточных сигналов , поскольку кальций также является посланником клеточной информации.

Концентрация свободного кальция во внеклеточной жидкости поддерживается в узких пределах за счет тщательного регулирования ( гомеостаз ). Основными участниками этого контроля являются 3 органа: кишечник , почки и кости и 3 гормона: паратироидный гормон (паратиреоидный гормон или ПТГ), витамин D (точнее 1,25-дигидроксихолекальциферол ) и кальцитонин .

Читайте также:  Низкое давление у мамы: ищем причины

Обмен с комплексной фракцией и с фракцией, связанной с белками, pH , тироксином , кортизолом и гормоном роста или GH, являются другими участниками этого контроля.

Физиология — на уровне организма

Роль кишечника

На всасывание кальция из пищи и желудочно-кишечного тракта в кишечнике влияет другое содержимое кишечника, а также механизмы активного и пассивного транспорта в слизистой оболочке.

Эти транспортные механизмы стимулируются витамином D (1,25 [OH] 2D) (который увеличивает синтез кальций-связывающего белка (CaBP) в слизистой оболочке кишечника) и ингибируются кортизолом . При приеме 25 ммоль (1  г ) среднее чистое всасывание составляет 5 ммоль.

Во многих диетах содержится относительный или полный дефицит кальция. Некоторые компоненты пищи могут влиять на усвоение кальция.

Роль почек

За исключением нескольких незначительных потерь через кожу, почечная экскреция обычно уравновешивает кишечную абсорбцию. Небольшие изменения в работе почек имеют серьезные последствия из-за значительных потоков через нефроны  : из фильтрованных 500 ммоль 495 реабсорбируются.

Тубулярная реабсорбция кальция сложна. Сначала он подвергается пассивной проксимальной реабсорбции, параллельной реабсорбции натрия. Затем THA стимулирует активную канальцевую реабсорбцию. Диуретики из петли Генле ( например, фуросемид ) подавляют реабсорбцию, а тиазиды ее стимулируют.

Роль кости

Обмен кальция с костью состоит из нарастания (агломерация, увеличение массы за счет добавления материала) и резорбции (постепенное исчезновение материала), причем эти два процесса обычно тесно связаны. Во время роста наблюдается чистый прирост минералов в костях.

У здоровых взрослых нарастание и резорбция примерно находятся в равновесии, при этом обмен кальция очень активен во время беременности и кормления грудью .

С возрастом или в случае дефицита витамина D баланс смещается в сторону потери минералов костной ткани, которая резко увеличивается у женщин в постменопаузе .

Контроль кальция

Свободный кальций Ca 2+ участвует в контроле многих функций организма.

В дело вмешиваются специфические белки, связывающие кальций, например, кальмодулин . Кальций транспортируется через клеточные мембраны с помощью определенных транспортных систем, которые ингибируются определенными лекарствами: антагонистами проникновения кальция (используемыми, например, для лечения аритмий сердца, стенокардии и гипертонии).

Функции, на которые влияет кальций

  • Кальций играет важную роль на различных функциональных уровнях:

Клеточная и молекулярная биология

Кальций в метаболизме клеток и передаче сигналов

Внутриклеточный свободный кальций Ca 2+ участвует в контроле многих функций клетки (и организма).

Кальций транспортируется через клеточные мембраны с помощью определенных транспортных систем, которые ингибируются определенными лекарствами: антагонистами проникновения кальция (используемыми, например, для лечения аритмий сердца, стенокардии и гипертонии). На клеточном уровне Ca 2+ играет важную роль посредника ( передача сигнала ) и особенно важен для активности возбудимых клеток (нейронов, мышечных клеток).

Кальций оказывает аллостерическое регулирование многих ферментов и белков.
Кальций также действует как главный посредник в ионных каналах,
Наконец, кальций действует как вторичный посредник (в частности, в пути рецепторов, связанных с G-белком ).

Он регулирует многие биохимические процессы: ферментативную активность, проницаемость мембран (каналы и насосы), сборки структур (компоненты цитоскелета).

Кальций поддерживается в низкой концентрации, от 10 до 100 нМ , благодаря активной перекачке во внеклеточную среду или эндоплазматический ретикулум, иногда в митохондрии . Сигнал кальция запускается, когда Ca 2+ высвобождается из резервуаров или когда он поступает извне через каналы плазматической мембраны. Все это смягчается компонентами цитоплазматического буфера.

Основной путь, активирующий передачу сигналов кальция, основан на фосфолипазе C (PLC), активируемой, например, рецепторами, связанными с G-белком или рецепторами тирозинкиназы: PLC гидролизует мембранные фосфолипиды PIP2, которые продуцируют вторичные мессенджеры, такие как диацилглицерин (DAG) и IP3, которые диффундируют в ER или их рецептор открывает канал Ca 2+ .

Менее известные механизмы контролируют восстановление концентрации в плазме и запасов кальция: один из плазматической мембраны, обозначаемый аббревиатурой SOC («Store-Operated Channels»); а другой из РЗ резервуаров, назначенных ICRAS ( «Са 2+ -release активированных Са 2+ тока»).

К недавно подозреваемым медиаторам относятся фосфолипаза А2 бета, никотиновая кислота, адениндинуклеотидфосфат (NAADP) и белок STIM 1.

Эти белки , регулирующие передачу сигнала по существу содержат калмодулина , который после связывания Ca 2+ активирует кальций-кальмодулин-зависимые протеинкиназы, или может действовать непосредственно на других эффекторных белков. Но есть и другие посредники.

Эндоплазматический ретикулум (ЭР)

Кальций хранится в ER , который, по-видимому, выходит за рамки простого резервуара, чтобы играть роль ловушки, регуляции и распределения, вызывая регенеративные кальциевые волны, высвобождение нейротрансмиттеров, а также дефекты конформации белков, которые там синтезируются в случае стресса. , что приводит к аутофагии.

Митохондрии :

Кальций также участвует в митохондриях .

  • Во внеклеточных структурах

Кальций откладывается в соединительной ткани в виде кальцита (структурная роль — см. Ниже). Но он также играет роль в передаче сигналов клетками на уровне цитоскелета (компоненты, связывающие Ca 2+ , дистрофин — болезнь Дюшенна ) и других молекул адгезии ( кадгерин ).

  • Поэтому неудивительно, что кальций играет важную роль на различных уровнях физиологии, как подробно описано выше.

Кальций в составе

Кальций в форме кристаллов карбоната кальция (CaCO 3 ) ( кальцит ) является основным элементом скелета у животных и, в большей степени, вторичным элементом у растений. Он также составляет специализированные структуры.

  • В специализированных структурах

Остеолиты (контроль ориентации листьев и стеблей); Отолит внутреннего уха позвоночных;…

Кальций участвует, например, в клеточной стенке растительных клеток (придание жесткости).

  • Кальций откладывается во внеклеточных структурах в виде кальцита в соединительной ткани (образование костей четвероногих — внутренний скелет , спикулы известковых губок) или патологически (кальциноз грыжи межпозвоночного диска, артерий, плаценты, в почках (почечный камень ) …).

Примечания и ссылки

  1. ↑ (in) Майкл Дж. Берридж , «  Универсальность и универсальность передачи сигналов кальция  » , Nature Reviews Molecular Cell Biology , Vol.  1, п о  1,Октябрь 2000 г., стр.  11–21 ( DOI  10.

    1038 / 35036035 )

  2. ↑ (in) Январь Кулман , Рем, Клаус Генрих, Цветовой атлас биохимии , Нью-Йорк, Тим,2005 г.( ISBN  1-58890-247-1 )
  3. ↑ Берридж М. «Нейрональная передача сигналов кальция». Нейрон. 21. (1998): 13-26.

  4. ↑ Пуату-Шарант Новости статьи — п о  42, 1998
  5. ↑ статья « КАЛЬЦИЙ И ЦИТОСКЕЛЕТ», Джонатан Беннет и Алан Уидс; Британский медицинский бюллетень; Том 42, Выпуск 4; п.  385–390

Библиография

  • Гастон Дэниел, Кальцитерапия. Метаболизм кальция , Картье, 1946, 570 страниц.

Смотрите также

  • Портал медицины
  • Физиологический портал
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector