Informacija

Kas yra vidinė simetrija membraniniuose baltymuose?

Kas yra vidinė simetrija membraniniuose baltymuose?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Aš susidūriau su terminu „vidinė simetrija“ membraninių baltymų kontekste, bet niekada neradau patenkinamo apibrėžimo.

Man sunku suprasti, ką tiksliai reiškia šis terminas… Kokia simetrija yra plokštuma matytas? Ar tai dimeriai, kurie yra simetriški ar ar monomeras gali būti ir viduje simetriškas?


Vidinė simetrija šiuo atveju reiškia atvejus, kai baltymo struktūros dalis gali būti (apytiksliai) uždėta ant kitos. Tai nėra griežta matematinė simetrija, o labiau „panašumas“

Pavyzdžiui, 12 transmembraninių spiralės pernešėjų pirmosios šešios spiralės yra išdėstytos panašiai kaip antrosios šešios, todėl, jei būtų perpjautas baltymas per pusę, būtų matyti, kad dvi pusės (apytiksliai) yra viena ant kitos.

Šio Nature Micro 3 pav. tai aiškiai parodyta. http://www.nature.com/articles/nmicrobiol20159 Kur mėlynos sraigės 3a gali būti pasuktos 180 laipsnių kampu ir tada atrodo labai panašios į geltonąsias sraigtas.


Integruotas membraninis baltymas

An integruotas membraninis baltymas (IMP) yra membraninio baltymo tipas, kuris visam laikui yra prijungtas prie biologinės membranos. Visi transmembraniniai baltymai yra IMP, bet ne visi IMP yra transmembraniniai baltymai. [1] IMP sudaro didelę dalį baltymų, užkoduotų organizmo genome. [2] Pro membraną kertantys baltymai yra apsupti žiedinių lipidų, kurie apibrėžiami kaip lipidai, kurie tiesiogiai liečiasi su membranos baltymu. Tokius baltymus nuo membranų galima atskirti tik naudojant ploviklius, nepolinius tirpiklius arba kartais denatūruojančius agentus.


Turinys

Asimetrija Redaguoti

Dvisluoksnis lipidų sluoksnis susideda iš dviejų sluoksnių – išorinio lapelio ir vidinio lapelio. [1] Dvisluoksnių sluoksnių komponentai tarp dviejų paviršių pasiskirsto nevienodai, kad susidarytų asimetrija tarp išorinio ir vidinio paviršių. [2] Ši asimetrinė organizacija yra svarbi ląstelių funkcijoms, tokioms kaip ląstelių signalizacija. [3] Biologinės membranos asimetrija atspindi skirtingas dviejų membranos lapelių funkcijas. [4] Kaip matyti iš fosfolipidinio dvigubo sluoksnio skystosios membranos modelio, išorinis lapelis ir vidinis membranos lapelis savo sudėtimi yra asimetriški. Tam tikri baltymai ir lipidai yra tik ant vieno membranos paviršiaus, o ne ant kito.

• Tiek plazmos membrana, tiek vidinės membranos turi citozolinius ir egzoplazminius paviršius. • Ši orientacija išlaikoma membranos judėjimo metu – baltymai, lipidai, glikokonjugatai, nukreipti į ER spindį, ir Golgi ekspresuojami ekstraląstelinėje plazmos membranos pusėje. Eukariotinėse ląstelėse naujus fosfolipidus gamina fermentai, susieti su endoplazminio tinklo membranos dalimi, kuri yra prieš citozolį. [5] Šie fermentai, kurie kaip substratus naudoja laisvas riebalų rūgštis, visus naujai pagamintus fosfolipidus nusodina į citozolinę dvisluoksnio sluoksnio pusę. Kad visa membrana augtų tolygiai, pusė naujų fosfolipidų molekulių turi būti perkelta į priešingą monosluoksnį. Šį perdavimą katalizuoja fermentai, vadinami flippazėmis. Plazminėje membranoje flippazės selektyviai perneša specifinius fosfolipidus, todėl kiekviename viename sluoksnyje susikaupia skirtingi tipai. [5]

Tačiau selektyvių flippazių naudojimas nėra vienintelis būdas sukurti asimetriją lipidų dvisluoksniuose sluoksniuose. Visų pirma, glikolipidams – lipidams, kurie rodo ryškiausią ir nuosekliausią asimetrinį pasiskirstymą gyvūnų ląstelėse, veikia kitoks mechanizmas. [5]

Lipidai Redaguoti

Biologinę membraną sudaro lipidai su hidrofobinėmis uodegomis ir hidrofilinėmis galvutėmis. [6] Hidrofobinės uodegos yra angliavandenilių uodegos, kurių ilgis ir sodrumas yra svarbūs apibūdinant ląstelę. [7] Lipidų plaustai atsiranda, kai lipidų rūšys ir baltymai agreguojasi membranos domenuose. Tai padeda suskirstyti membranos komponentus į lokalizuotas sritis, kurios yra susijusios su specifiniais procesais, pavyzdžiui, signalo perdavimu.

Raudonieji kraujo kūneliai arba eritrocitai turi unikalią lipidų sudėtį. Dvigubas raudonųjų kraujo kūnelių sluoksnis sudarytas iš cholesterolio ir fosfolipidų lygiomis masėmis. [7] Eritrocitų membrana vaidina lemiamą vaidmenį kraujo krešėjimui. Dvigubame raudonųjų kraujo kūnelių sluoksnyje yra fosfatidilserino. [8] Paprastai tai yra citoplazminėje membranos pusėje. Tačiau jis yra apverstas ant išorinės membranos, kad būtų naudojamas kraujo krešėjimo metu. [8]

Redaguoti baltymus

Fosfolipidų dvisluoksniai turi skirtingus baltymus. Šie membraniniai baltymai atlieka įvairias funkcijas ir charakteristikas bei katalizuoja įvairias chemines reakcijas. Integruoti baltymai apima membranas su skirtingais domenais abiejose pusėse. [6] Integruoti baltymai yra stipriai susiję su lipidų dvisluoksniu sluoksniu ir negali lengvai atsiskirti. [9] Jie išsiskirs tik apdorojant cheminiu būdu, kuris pažeidžia membraną. Periferiniai baltymai skiriasi nuo vientisų baltymų tuo, kad jie silpnai sąveikauja su dvisluoksnio sluoksnio paviršiumi ir gali lengvai atsiskirti nuo membranos. [6] Periferiniai baltymai yra tik viename membranos paviršiuje ir sukuria membranos asimetriją.

KELETAS PLAZMA MEMBRANŲ BALTYMŲ IR JŲ FUNKCIJŲ PAVYZDŽIAI
FUNKCINĖ KLASĖ BALTYMŲ PAVYZDYS SPECIALI FUNKCIJA
Vežėjai Na+ siurblys aktyviai pumpuoja Na+ iš ląstelių ir K+ į vidų
Inkarai integrinai susieti tarpląstelinius aktino filamentus su ekstraląstelinės matricos baltymais
Receptoriai trombocitų kilmės augimo faktoriaus receptorius suriša tarpląstelinį PDGF ir dėl to generuoja tarpląstelinius signalus, dėl kurių ląstelė auga ir dalijasi
Fermentai adenililo ciklazė katalizuoja tarpląstelinės signalinės molekulės ciklinio AMP gamybą, reaguojant į tarpląstelinius signalus

Oligosacharidai Redaguoti

Oligosacharidai yra cukraus turintys polimerai. Membranoje jie gali būti kovalentiškai susieti su lipidais, kad susidarytų glikolipidai, arba kovalentiškai surišti su baltymais, sudarydami glikoproteinus. Membranose yra cukraus turinčių lipidų molekulių, žinomų kaip glikolipidai. Dvisluoksnyje glikolipidų cukraus grupės yra veikiamos ląstelės paviršiuje, kur jos gali sudaryti vandenilinius ryšius. [9] Glikolipidai yra ekstremaliausias lipidų dvisluoksnio asimetrijos pavyzdys. [10] Glikolipidai biologinėje membranoje atlieka daugybę funkcijų, kurios daugiausia yra komunikacinės, įskaitant ląstelių atpažinimą ir ląstelių adheziją. Glikoproteinai yra neatskiriami baltymai. [2] Jie atlieka svarbų vaidmenį imuniniame atsake ir apsaugoje. [11]

Fosfolipidų dvisluoksnis susidaro dėl membranos lipidų agregacijos vandeniniuose tirpaluose. [4] Agregaciją sukelia hidrofobinis efektas, kai hidrofobiniai galai liečiasi vienas su kitu ir yra atskiriami nuo vandens. [6] Šis išdėstymas maksimaliai padidina vandenilio ryšį tarp hidrofilinių galvučių ir vandens, tuo pačiu sumažindamas nepalankų kontaktą tarp hidrofobinių uodegų ir vandens. [10] Padidėjęs vandenilinių jungčių kiekis padidina sistemos entropiją, sukurdamas spontanišką procesą.

Biologinės molekulės yra amfifilinės arba amfipatinės, ty vienu metu yra hidrofobinės ir hidrofilinės. [6] Fosfolipidų dvigubame sluoksnyje yra įkrautų hidrofilinių galvučių grupių, kurios sąveikauja su poliariniu vandeniu. Sluoksniuose taip pat yra hidrofobinių uodegų, kurios susitinka su papildomo sluoksnio hidrofobinėmis uodegomis. Hidrofobinės uodegos paprastai yra riebalų rūgštys, kurių ilgis skiriasi. [10] Lipidų, ypač hidrofobinių uodegų, sąveika lemia dvisluoksnių lipidų fizines savybes, tokias kaip sklandumas.

Membranos ląstelėse paprastai apibrėžia uždaras erdves arba skyrius, kuriuose ląstelės gali išlaikyti cheminę ar biocheminę aplinką, kuri skiriasi nuo išorės. Pavyzdžiui, membrana aplink peroksisomas apsaugo likusią ląstelės dalį nuo peroksidų, cheminių medžiagų, kurios gali būti toksiškos ląstelei, o ląstelės membrana atskiria ląstelę nuo ją supančios terpės. Peroksisomos yra viena iš ląstelėje randamų vakuolių formų, kuriose yra ląstelėje vykstančių cheminių reakcijų šalutinių produktų. Daugumą organelių apibrėžia tokios membranos ir jos vadinamos „su membranomis surištomis“ organelėmis.

Atrankinis pralaidumas Redaguoti

Bene svarbiausias biomembranos bruožas – tai selektyviai pralaidi struktūra. Tai reiškia, kad atomų ir molekulių, bandančių jį kirsti, dydis, krūvis ir kitos cheminės savybės lems, ar jiems tai pavyks. Atrankinis pralaidumas yra būtinas norint veiksmingai atskirti ląstelę ar organelę nuo aplinkos. Biologinės membranos taip pat turi tam tikrų mechaninių arba elastinių savybių, leidžiančių joms keisti formą ir judėti pagal poreikį.

Paprastai mažos hidrofobinės molekulės gali lengvai pereiti per fosfolipidų dvigubus sluoksnius paprastos difuzijos būdu. [12]

Dalelės, kurios reikalingos ląstelių funkcijai, bet negali laisvai pasklisti per membraną, patenka per membranos transportavimo baltymą arba yra paimamos endocitozės būdu, kai membrana leidžia prie jos prisijungti vakuolei ir išstumti jos turinį į ląstelę. Ląstelę nuo išorinės aplinkos gali atskirti daugybė specializuotų plazminių membranų tipų: viršūninės, bazolaterinės, presinapsinės ir postsinapsinės, žvynelių, blakstienų, mikrovillių, filopodijų ir lamellipodijų membranos, raumenų ląstelių sarkolemos, taip pat specializuotos mielino ir dendritinės stuburo membranos. neuronai. Plazmos membranos taip pat gali sudaryti įvairių tipų „supramembranines“ struktūras, tokias kaip caveolae, postsinapsinis tankis, podosomas, invadopodiumas, desmosomas, hemidesmosomas, židinio adhezija ir ląstelių jungtys. Šios membranos skiriasi lipidų ir baltymų sudėtimi.

Skirtingi membranų tipai taip pat sukuria tarpląstelinius organoidus: endosomos lygus ir šiurkštus endoplazminis tinklas sarkoplazminis tinklas Golgi aparatas lizosomų mitochondrija (vidinė ir išorinė membranos) branduolys (vidinės ir išorinės membranos) peroksisomos vakuolės citoplazminės granulės, vezikulės, autocogosomos COPI dengtos ir COPII dengtos pūslelės) ir sekrecinės pūslelės (įskaitant sinaptosomas, akrosomas, melanosomas ir chromafino granules). Įvairių tipų biologinės membranos turi skirtingą lipidų ir baltymų sudėtį. Membranų turinys apibrėžia jų fizines ir biologines savybes. Kai kurie membranų komponentai atlieka pagrindinį vaidmenį medicinoje, pavyzdžiui, ištekėjimo siurbliai, išpumpuojantys vaistus iš ląstelės.

Sklandumo redagavimas

Fosfolipidinio dvisluoksnio sluoksnio hidrofobinė šerdis nuolat juda dėl sukimosi aplink lipidų uodegų ryšius. [13] Hidrofobinės dvisluoksnės uodegos susilenkia ir užsifiksuoja. Tačiau dėl vandenilinio ryšio su vandeniu hidrofilinės galvutės grupės juda mažiau, nes jų sukimasis ir mobilumas yra apriboti. [13] Dėl to padidėja lipidų dvigubo sluoksnio klampumas arčiau hidrofilinių galvučių. [6]

Žemesnėje perėjimo temperatūroje lipidų dvigubas sluoksnis praranda sklandumą, kai labai judrūs lipidai mažiau juda ir tampa gelio pavidalo kieta medžiaga. [14] Perėjimo temperatūra priklauso nuo tokių lipidų dvisluoksnio komponentų, kaip angliavandenilių grandinės ilgis ir jos riebalų rūgščių prisotinimas. Skystumas, priklausantis nuo temperatūros, yra svarbus fiziologinis bakterijų ir šaltakraujų organizmų požymis. Šie organizmai palaiko pastovų sklandumą, modifikuodami membranos lipidų riebalų rūgščių sudėtį pagal skirtingas temperatūras. [6]

Gyvūnų ląstelėse membranos sklandumą moduliuoja sterolio cholesterolio įtraukimas. Šios molekulės ypač dideli kiekiai yra plazmos membranoje, kur ji sudaro apie 20% membranoje esančių lipidų masės. Kadangi cholesterolio molekulės yra trumpos ir standžios, jos užpildo tarpus tarp gretimų fosfolipidų molekulių, kurias paliko nesočiųjų angliavandenilių uodegos vingiai. Tokiu būdu cholesterolis linkęs standinti dvigubą sluoksnį, todėl jis tampa standesnis ir mažiau pralaidus. [5]

Visoms ląstelėms membranos sklandumas yra svarbus dėl daugelio priežasčių. Tai leidžia membraniniams baltymams greitai difuzuoti dvisluoksnio sluoksnio plokštumoje ir sąveikauti vienas su kitu, o tai labai svarbu, pavyzdžiui, perduodant ląsteles. Tai leidžia membranos lipidams ir baltymams difunduoti iš vietų, kur po sintezės jie įterpiami į dvisluoksnį sluoksnį, į kitus ląstelės regionus. Tai leidžia membranoms susilieti viena su kita ir maišyti jų molekules, taip pat užtikrina, kad membranos molekulės pasiskirstytų tolygiai tarp dukterinių ląstelių, kai ląstelė dalijasi. Jei biologinės membranos nebūtų skystos, sunku įsivaizduoti, kaip ląstelės galėtų gyventi, augti ir daugintis. [5]


Kas yra vidinė simetrija membraniniuose baltymuose? – Biologija

Straipsnio santrauka:

Ląstelės yra pagrindinis gyvybės vienetas. Visos ląstelės turi bendrą bruožą, žinomą kaip išorinė selektyvi pralaidi membrana, vadinama ląstelių membrana arba plazmos membrana. Beveik visose eukariotinėse ląstelėse yra sudėtingesnė ir sudėtingesnė vidinių membranų sistema. Dėl šių vidinių membranų kiekvienoje ląstelėje susidaro įvairūs membranomis padengti skyriai. Ląstelių membranos daugiausia sudarytos iš lipidų ir baltymų.

Plazminė membrana veikia kaip riba tarp ląstelės vidaus ir papildomo ląstelinio skysčio, kuris supa kiekvieną ląstelę. Lipidai, daugiausia esantys plazmos membranoje, yra fosfolipidai. Šie fosfolipidai yra amfifiliniai, o molekulės angliavandenilio uodega yra hidrofilinė, o poliarinės galvutės yra hidrofilinės.
1. Plazminėje membranoje yra dažniausiai pasitaikančių fosfolipidų, tokių kaip cholesterolis ir fosfatidiletanolaminas.
2. Plazminė membrana turi vandeningą paviršių iš abiejų pusių, kurios yra ląstelės viduje ir išorėje. Todėl ląstelės membranoje esantis fosfolipidas sudaro fosfolipidų dvisluoksnę struktūrą, kurios hidrofobinės uodegos yra viena prieš kitą.

Nors membranoje yra visi membraniniai baltymai, jie struktūriškai ir funkciškai skiriasi vienas nuo kito. Visos biologinės membranos turi tą pačią bazinę fosfolipidų dvisluoksnę struktūrą, kuri yra susijusi su membranos baltymų rinkiniu. Šios lipidų ir membranos baltymų struktūros leidžia plazmos membranai atlikti visą savo biologinę veiklą.

Kai kurie baltymai, esantys plazmos membranoje, yra prijungti tik prie plazmos membranos paviršiaus, o kiti turi vieną sritį, užmaskuotą membranoje, ir domenus vienoje arba abiejose jos pusėse.

Dažniausiai baltymų domenai, esantys tarpląstelinės membranos paviršiuje, taip pat padeda ląstelių signalizacijos mechanizmui. Baltymų domenai, susidarantys membranoje, tiksliau, kurie sudaro kanalus ir poras membranoje, padeda pernešti biomolekules per membranas.
Baltymų domenai, nukreipti į citozolinį membranos paviršių, atlieka įvairias biologines funkcijas, pavyzdžiui, suaktyvina tarpląstelinius signalizacijos kelius arba taip pat veikia kaip citoskeleto baltymai.

Membraniniai baltymai gali būti suskirstyti į du pagrindinius baltymų tipus, tokius kaip integraliniai baltymai arba, kitaip tariant, kaip vidiniai ir periferiniai arba išoriniai baltymai, priklausomai nuo membranos baltymų sąveikos pobūdžio. Daugumoje biomembranų arba plazminių membranų arba ląstelių membranų yra abiejų tipų membranų baltymų.

Integruoti membranos baltymai:

Integraliniai membraniniai baltymai taip pat vadinami vidiniais baltymais, nes viena ar daugiau šių baltymų dalių yra įterptos į ląstelės membranos dvisluoksnį fosfolipidinį sluoksnį. Daugelis baltymų, kurie yra susiję su plazmos membrana arba ląstelės membrana, yra glaudžiai su ja susiję. Integraliuose baltymuose taip pat yra likučių su hidrofobinėmis šoninėmis grandinėmis, kurios sąveikauja su membranoje esančių fosfolipidų riebalų acilo grupėmis. Tai padeda baltymams tvirtai įsitvirtinti ląstelės membranoje.

Dauguma integruotų baltymų apima visą fosfolipidų dvigubą sluoksnį. Plazmos membranoje esantys transmembraniniai baltymai turi vieną ar daugiau membraną apimančių domenų. Šie domenai yra nuo keturių iki kelių šimtų liekanų, kurios taip pat patenka į vandeninę terpę abiejose dvisluoksnio sluoksnio pusėse.

Transmembraniniuose baltymuose randami dviejų tipų membraną apimantys domenai, tokie kaip viena ar daugiau α spiralių arba kelios β grandinės. Baltymai, kuriuose yra septynios membraną apimančios α spiralės, sudaro labai svarbią ir taip pat pagrindinę klasę, apimančią daugybę ląstelių paviršiaus receptorių ir bakteriohodopsino.

Kai kurie transmembraniniai baltymai kelis kartus apima dvisluoksnę ląstelės membraną ir sudaro hidrofilinį kanalą, per kurį tam tikri jonai ir molekulės gali patekti į ląstelę arba iš jos išeiti. Pavyzdžiui, visi su G baltymu susiję receptoriai, panašūs į peptidinių hormonų receptorius. Visi receptoriai septynis kartus apima ląstelės membraną arba plazmos membraną.

Transmembraniniai baltymai, sudarantys lipidų dvisluoksnio sluoksnio dalis, yra sudaryti iš hidrofobinių aminorūgščių. Kai kurios transmembraninio baltymo dalys, išsikišusios iš fosfolipidų dvigubo sluoksnio, daugiausia pagamintos iš hidrofilinių aminorūgščių. Baltymai, kurie išsikiša į ląstelės vandeninę aplinką, paprastai yra sudaryti iš glikoproteino, kuriame taip pat yra daug hidrofilinių cukraus likučių, kurie yra prijungti prie polipeptidų dalies, esančios ląstelės paviršiuje.

Apie autorių / Papildoma informacija:

Svarbus atsakomybės atsisakymas: Visi straipsniai šioje svetainėje yra skirti tik bendrajai informacijai ir nėra profesionalų ar ekspertų patarimai. Mes neprisiimame jokios atsakomybės už šiame straipsnyje pateiktos informacijos teisingumą ar autentiškumą arba jokius dėl to kylančius nuostolius ar sužalojimus. Mes nepatvirtiname šių straipsnių, nesame nei susiję su šių straipsnių autoriais, nei atsakingi už jų turinį. Išsamias sąlygas rasite mūsų atsakomybės atsisakymo skyriuje.


Kiti susiję straipsniai

Komentarai?

Citata

Nuorodos

Hansas-Joachimas Werneris, Klausas Schultenas ir Albertas Welleris. Elektronų perdavimas ir sukimosi mainai prisideda prie pirminės bakterijų fotosintezės fotocheminės reakcijos priklausomybės nuo magnetinio lauko. Biochimica ir Biophysica Acta, 502:255-268, 1978.

Oded Béjã ir kt., Bakterinis rodopsinas: naujo tipo fototrofijos jūroje įrodymai. Mokslas 289:1902, 2000.

Dieteris Oesterheltas ir Walteris Stockenius. Rodopsiną primenantis baltymas iš purpurinės membranos Halobacterium halobium. Naujoji gamta biologija 233:149-152, 1971.

Dieteris Oesterheltas ir Walteris Stockenius. Naujos fotoreceptorių membranos funkcija. PNAS JAV 70:2853-2857, 1973.

Walteris Stoeckenius. Violetinė druską mėgstančių bakterijų membrana. Mokslinis amerikietis. 234(6)38-46, 1976.

Richardas Hendersonas. Violetinė membrana iš Halobakterija Halobium. Ann. Kunigas Biophys. Bioeng. 6:87-109, 1977.

„Hartmutas Michelis – biografinis“. Nobelprize.org. Nobel Media AB 2014. Internetas. 2014 m. liepos 29 d. http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/1988/michel-bio.html

Helmutas Heleris, Michaelas Schaeferis ir Klausas Schultenas. Dvigubo 200 lipidų sluoksnio gelyje ir skystųjų kristalų fazėse molekulinės dinamikos modeliavimas. Fizikinės chemijos žurnalas, 97:8343-8360, 1993.

Gary A Taubes. Mąstymo mašinų kilimas ir kritimas. Inc., 1995 m. rugsėjo 15 d.

Emad Tajkhorshid, Peter Nollert, Morten Ø. Jensenas, Larry J. W. Miercke'as, Josephas O'Connellas, Robertas M. Stroudas ir Klausas Schultenas. Akvaporino vandens kanalų šeimos selektyvumo valdymas pasauliniu orientaciniu derinimu. Mokslas, 296:525-530, 2002.

Justinas Gullingsrudas, Dorina Kosztin ir Klausas Schultenas. MscL blokavimo struktūriniai veiksniai, ištirti molekulinės dinamikos modeliavimu. Biofizinis žurnalas, 80:2074-2081, 2001.

Marcosas Sotomayoras ir Klausas Schultenas. Molekulinės dinamikos strobavimo mažo laidumo MscS mechaniškai jautriame kanale tyrimas. Biofizinis žurnalas, 87:3050-3065, 2004.

Marcosas Sotomayoras, Trudy A. van der Straaten, Umberto Ravaioli ir Klausas Schultenas. Mažo laidumo MscS mechaniškai jautraus kanalo elektrostatinės savybės. Biofizinis žurnalas, 90:3496-3510, 2006.

Valeria Vásquez, Marcosas Sotomayoras, Julio Cordero-Moralesas, Klausas Schultenas ir Eduardo Perozo. Struktūrinis MscS blokavimo mechanizmas lipidų dvisluoksniuose sluoksniuose. Mokslas, 321:1210-1214, 2008.

Wenjian Wang, Susan S. Black, Michelle D. Edwards, Samantha Miller, Emma L. Morrison, Wendy Bartlett, Changjiang Dong, James H. Naismith, Ian R. Booth. Atviros formos struktūra E. coli Mechaniškai jautrus kanalas, kurio skiriamoji geba yra 3,45 Å. Mokslas, 32:1179-1183, 2008.

Jamesas Gumbartas ir Klausas Schultenas. Archealinio translokono molekulinės dinamikos tyrimai. Biofizinis žurnalas, 90:2356-2367, 2006.

Jamesas Gumbartas, Leonardo G. Trabuco, Eduardas Schreineris, Elizabeth Villa ir Klausas Schultenas. Baltymus laidžio kanalo reguliavimas surištomis ribosomomis. Struktūra, 17:1453-1464, 2009.

Jensas Frauenfeldas, Jamesas Gumbartas, Eli O. van der Sluisas, Soledadas Funesas, Marco Gartmannas, Birgitta Beatrix, Thorstenas Mielke, Otto Berninghausenas, Thomas Beckeris, Klausas Schultenas ir Rolandas Beckmannas. Ribosomos-SecYE komplekso krio-EM struktūra membranos aplinkoje. Gamtos struktūrinė ir #038 molekulinė biologija, 18:614-621, 2011.

Stephan Wickles, Abhishek Singharoy, Jessica Andreani, Stefan Seemayer, Lukas Bischoff, Otto Berninghausen, Johannes Soeding, Klaus Schulten, Eli van der Sluis ir Roland Beckmann. Aktyvios ribosomų surištos membranos baltymo intarpazės YidC struktūrinis modelis. eGyvenimas, 3:e03035, 2014 m.

Antonas Arkhipovas, Ying Yin ir Klausas Schultenas. Keturių skalių membranos skulptūros aprašymas pagal BAR sritis. Biofizinis žurnalas, 95:2806-2821, 2008.

Ying Yin, Anton Arkhipov ir Klaus Schulten. Amfifizino N-BAR domenų gardelių membranos kanalizacijos modeliavimas. Struktūra, 17:882-892, 2009.

Hang Yu ir Klausas Schultenas. Membranų lipdymas pagal F-BAR domenus, ištirtas molekulinės dinamikos modeliavimu. PLoS skaičiavimo biologija, 9: e1002892, 2013 m.

Fatemeh Khalili-Araghi, Emad Tajkhorshid ir Klaus Schulten. K+ jonų laidumo dinamika per Kv1.2. Biofizinis žurnalas, 91:L72-L74, 2006.

Fatemeh Khalili-Araghi, Vishwanath Jogini, Vladimir Yarov-Yarovoy, Emad Tajkhorshid, Benoit Roux ir Klaus Schulten. Įtampa aktyvuoto Kv1.2 kalio kanalo strobavimo krūvio apskaičiavimas. Biofizinis žurnalas, 98:2189-2198, 2010.


Membraniniai baltymai sudaro didelę proteomo dalį, tačiau turi savybių, kurios kelia problemų daugeliui šiuolaikinės molekulinės biologijos metodų (kurie dažnai buvo kuriami turint omenyje tirpius baltymus). Struktūriniams tyrimams žemas ekspresijos lygis ir ploviklio buvimas buvo spygliai membraninių baltymų eksperimentuotojo kūne. Čia aptariame krioelektroninės mikroskopijos naudojimą membraninių baltymų struktūrų proveržio tyrimuose. Šiuo metodu galima susidoroti su santykinai nedideliu mėginio kiekiu ir su plovikliu. Dar visai neseniai krioelektroninė mikroskopija negalėjo pateikti didelės skiriamosios gebos membraninių baltymų struktūrų, tačiau naujausi elektroninio mikroskopo technologijos ir pavienių mikroskopu atvaizduotų dalelių vaizdo apdorojimo pokyčiai sukėlė revoliuciją šioje srityje, o tai leido gauti didelės skiriamosios gebos struktūras. . Čia mes sutelkiame dėmesį į konkrečias problemas, susijusias su krioelektroninės mikroskopijos taikymu tiriant membraninius baltymus, ypač renkantis sistemą, kad baltymas būtų tirpus.

Membraninių baltymų krioelektroninė mikroskopija. Elektronai praeina per mėginį ir yra sufokusuojami bei atvaizduojami perdavimo elektronų mikroskopu. Membraninių baltymų mėginys yra įdėtas į mikroskopiškai ploną stiklinio ledo sluoksnį. Daugeliu atvejų bus laisvųjų ploviklių micelių, taip pat baltymų / ploviklio kompleksų.


Objektyvo tarpo sandūros

E.C. Beyeris, V.M. Berthoud, „Akių enciklopedijoje“, 2010 m

Kataraktą sukeliantys įžeidimai ir lęšio jungčių pažeidimai

Lęšio baltymai, įskaitant konneksinus, gali kaupti įvairias potransliacines modifikacijas senstant arba dėl kataraktos formavimosi. CX46 ir CX50 galvijų ortologuose aptikta metionino oksidacija. CX50 ortologe buvo aptikta asparagino121 deamidacija. Tačiau nėra tikras, kad šie pakeitimai iš tikrųjų įvyksta in vivo, nes ruošiant mėginį gali įvykti ir metionino oksidacija, ir deamidacija. Daugumos šių modifikacijų poveikis tarpląsteliniam ryšiui, kurį sukelia tarpas, nežinomas.

Viena iš labiausiai ištirtų kataraktos formavimosi etiologijų yra oksidacinis stresas, kuris gali būti susijęs su jungčių ir tarpų jungčių pokyčiais. Keletas tyrimų naudojo H2O2 kultivuotų lęšių ląstelių arba izoliuotų lęšių gydymas, siekiant ištirti oksidacinio streso pasekmes. Vištienos lentoidų turinčių kultūrų apdorojimas H2O2 sukelia nuo dozės ir laiko priklausomus vištienos CX46 imunobloto modelio pokyčius, o tai rodo, kad H2O2 sukelia skirtingą jo fosforilinimą. Po apdorojimo didelėmis H koncentracijomis pastebėta šio konneksino skilimo forma2O2 tai taip pat siejama su ląstelių mirtimi. CX43 ekspresuojančios lęšių ląstelių linijos gydymas H2O2 padidina PKCγ aktyvumą, padidina CX43 fosforilinimą Ser368, kaip nustatyta imunoblotingu, mažėja tarpo jungties plokštelių skaičius ir sumažėja dažų sujungimas. Panašus poveikis taip pat pastebėtas, kai žiurkių lęšiai buvo gydomi H2O2. Taigi, keletas duomenų rodo, kad oksidacinis stresas lemia lęšio tarpląstelinio ryšio pokyčius, nes aktyvina baltymų kinazes ir pakinta konneksino fosforilinimas, o tai gali prisidėti prie kataraktos susidarymo.


Rūgštingumas gali pakeisti ląstelės membranos savybes

Iš visų nuostabių technologijų, kurias sukūrė žmonės, nė viena neprilygo pagrindinio gamtos elemento – gyvosios ląstelės – sudėtingumui. Ir jokia ląstelės veikla nebūtų įmanoma be plonų lipidų membranų arba dvisluoksnių sluoksnių, kurie atskiria jos dalis ir reguliuoja jų funkcijas.

Uodegų sandarumo pokyčiai į šešiakampę, stačiakampę-C arba stačiakampę-P gardelę stebimi esant įvairiems pH lygiams.

Dvisluoksnių sluoksnių savybių supratimas ir valdymas yra gyvybiškai svarbus biologijos ir biotechnologijų pažangai. Dabar tarpdisciplininė Šiaurės Vakarų universiteto mokslininkų komanda nustatė, kaip kontroliuoti dviejų sluoksnių kristalizaciją keičiant jų aplinkos rūgštingumą.

Tyrimas, paskelbtas rugsėjo 24 d Nacionalinės mokslų akademijos darbai, atskleidžia ląstelių funkciją ir gali padėti patobulinti vaistų pristatymą bei biologiškai įkvėptas technologijas.

„Gamtoje gyvi daiktai veikia subtiliai: rūgštingumas, temperatūra, visa aplinka turi būti tam tikrose ribose, kitaip jie miršta“, – sakė bendraautorė Monica Olvera de la Cruz, teisininkė Taylor, medžiagų mokslo ir inžinerijos profesorė, chemija. , ir (dėl mandagumo) chemijos ir biologijos inžinerijos Northwestern McCormick inžinerijos mokykloje. "Tačiau kai gyvi daiktai gali prisitaikyti, jie yra funkcionalesni. Norėjome rasti konkrečias sąlygas, kuriomis dvisluoksniai sluoksniai, valdantys tiek daug ląstelių, gali keistis gamtoje." Tyrimas, paskelbtas rugsėjo 24 d. Nacionalinės mokslų akademijos darbai, atskleidžia ląstelių funkciją ir gali padėti tobulinti vaistų tiekimą ir biologiškai įkvėptas technologijas. Dvisluoksnių sluoksnių savybių supratimas ir valdymas yra gyvybiškai svarbus siekiant pažangos biologijos ir biotechnologijų srityse. Dabar tarpdisciplininė Šiaurės Vakarų universiteto mokslininkų komanda nustatė, kaip kontroliuoti dviejų sluoksnių kristalizaciją keičiant jų aplinkos rūgštingumą.

Pasinaudodami krūviu molekulių galvų grupėse, Šiaurės vakarų mokslininkai sukūrė naują būdą modifikuoti membranos fizines savybes. Jie prasidėjo kartu surenkant įvairaus ilgio dilizino (+2) ir karboksilato (-1) amfifilų molekules į dvisluoksnes membranas esant skirtingam pH lygiui, o tai pakeitė efektyvų galvų krūvį. Dvisluoksniai yra sudaryti iš dviejų sluoksnių amfifilinių molekulių – molekulių, turinčių ir vandenį mylinčių, ir vandens nekenčiančių savybių, kurios sudaro kristalinį apvalkalą aplink jo turinį. Kaip ledinukas, amfifilinės molekulės turi įkrautą, vandenį mylinčią (hidrofilinę) galvutę ir vandenį atstumiančią (hidrofobinę) uodegą, kiekvieną sluoksnį sudarančios molekulės išsidėsto nuo uodegos iki uodegos, o galvutės sudaro membranos išorę. Molekulių tankis ir išsidėstymas lemia membranos poringumą, stiprumą ir kitas savybes.

Tada, naudodami rentgeno spindulių sklaidos technologiją DuPont-Northwestern-Dow Collaborative Access Team (DND-CAT) Argonne National Laboratory pažangiajame fotonų šaltinyje, tyrėjai išanalizavo susidariusią kristalizaciją, kurią sudaro dvisluoksnės molekulės.

(Norėdami gauti membraninių struktūrų vaizdus elektroniniu mikroskopu, mokslininkai anksčiau juos užšaldė, tačiau šis procesas yra daug darbo reikalaujantis ir keičia struktūrinį tikslumą, todėl jis nėra toks svarbus norint suprasti membranų surinkimą ir elgesį fiziologinėmis sąlygomis, atliekamus žmogaus kūne. .)

Šiaurės Vakarų mokslininkai nustatė, kad dauguma molekulių nereagavo į rūgštingumo pokyčius. Tačiau tų, kurios turėjo kritinį uodegos ilgį – matą, kuris koreliuoja su molekulių hidrofilijos lygiu – molekulių galvų krūvis pasikeitė tiek, kad jų dvimatė kristalizacija pasikeitė iš periodinės stačiakampio rašto gardelės (rasta baziškesniuose tirpaluose) į šešiakampę gardelę (randama rūgštesniuose tirpaluose). Korpusai su didesne simetrija, pavyzdžiui, šešiakampiai, yra stipresni ir mažiau trapūs nei tie, kurių simetrija mažesnė. PH pokytis taip pat pakeitė dvisluoksnių sluoksnių storį ir molekulių kompaktiškumą.

Molekulių tankio ir atstumo keitimas membranose galėtų padėti tyrėjams kontroliuoti pūslelės viduje esančių molekulių kapsuliavimo ir atpalaidavimo efektyvumą.


Mokslas ir biologija: ląstelės membranos funkcija

Ląstelės membranos, dar vadinamos plazmine membrana, funkcija yra apsaugoti ląstelėje esančias struktūras, suteikti ląstelei formą ir palaikyti jos struktūrą.

Ląstelių membranų struktūros

Ląstelės membraną sudaro dvigubas lipidų ir baltymų sluoksnis. Ląstelės membranoje yra trijų skirtingų tipų baltymai: struktūrinis baltymas, transportinis baltymas ir glikoproteinas. Šie lipidų ir baltymų sluoksniai leidžia ląstelės membranai atlikti pagrindinę funkciją – apsupti ląstelę ir apsaugoti ją nuo išorinės aplinkos. Ląstelės membrana yra selektyviai pralaidi, tik leidžia tam tikroms medžiagoms patekti į ląstelę ir iš jos išeiti. Kai kuriais atvejais ląstelės membrana taip pat gali kontroliuoti tam tikros medžiagos, leidžiamos pro ją, kiekį.

Ląstelės membranos funkcija

Ląstelė arba plazminė membrana skirta apsaugoti ląstelę nuo išorinės aplinkos, taip pat suteikti ląstelei struktūrą ir reguliuoti medžiagas, kurios patenka į ląstelę ir iš jos išeina. Šis reguliavimas užtikrina, kad kenksmingos medžiagos nepatektų į ląstelę ir esminės medžiagos nepatektų iš ląstelės. Deguonis gali lengvai prasiskverbti pro ląstelės membraną, nes jis būtinas ląstelių kvėpavimui, kuris yra pagrindinė ląstelės funkcija. Šalutiniams šių funkcijų produktams, tokiems kaip anglies dioksidas, leidžiama išeiti iš ląstelės po to, kai vyksta ląstelių kvėpavimas. Skirtingai nuo deguonies, vandens ir anglies dioksido, labai įkrauti jonai ir didesnės makromolekulės negali prasiskverbti tiesiai per ląstelės membraną. Vietoj to, jiems leidžiama patekti į ląstelę per baltymus, įterptus į membraną. Kadangi ląstelės membrana yra būtina ląstelei ir jos struktūrai apsaugoti, dėl skylės ar plyšimo ląstelės membranoje ląstelė gali nustoti tinkamai funkcionuoti ir galiausiai mirti.

Kita esminė ląstelės membranos funkcija yra komunikacija arba ląstelių signalizacija. Ląstelės membranos receptorių baltymai jungiasi su molekulėmis iš kitų kūno vietų ir su jomis bendraudami siųsdami signalą ląstelės viduje, liepdami ląstelei atlikti tam tikrą funkciją. Ląstelės membranos receptorius gali perimti kenksmingi virusai, tokie kaip žmogaus imunodeficito virusas (ŽIV), sukeldami infekciją.

Bendrą ląstelės membranos funkciją galima palyginti su pilies pakeliamojo tilto ir išorinės sienos funkcija. Kaip pakeliamasis tiltas ir siena apsaugo pilį ir užtikrina, kad tik tam tikri asmenys įeitų į pilį ir iš jos išeitų, ląstelės membrana apsaugo ląstelę ir reguliuoja, kurioms medžiagoms leidžiama patekti į ląstelę ir iš jos išeiti. Cell signaling is similar to using a lookout tower on a castle wall to communicate with neighboring castles.

Cellular Transport

Cellular transport, one of the main functions of a cell membrane, can occur in multiple ways. The first type of cellular transport is passive osmosis and diffusion. This is when substances, such as water and oxygen, pass easily into the cell directly through the cell membrane. The next type of cellular transport is called transmembrane protein transport, which is when small organic molecules are transported into the cell. Endocytosis is the third type of cellular transport. This kind of transport is similar to the cell "eating" other substances and is characterized by the cell engulfing and then absorbing large molecules or even entire other cells. The last type of cellular transport, exocytosis, occurs when a cell removes or secretes substances.


MEMBRANES

Membrane fluidity -- according to the fluid mosaic model, proteins and lipids diffuse in the membrane.

  • preventing ion flux
  • active transport of ions from side to side of the plasma membrane.
  1. Types of molecules that can cross membranes by diffusion:
    • Water and small lipophilic organic compounds can cross.
    • Large molecules ( e.g. proteins) and charged compounds do not cross.
  2. Direction relative to the concentration gradient: movement is DOWN the concentration gradient ONLY (higher concentration to lower concentration).
  3. Rate of diffusion depends on
    • charge on the molecule -- electric charge prevents movement.
    • size -- smaller molecules move faster than larger molecules.
    • lipid solubility -- more highly lipid-soluble molecules move faster.
    • the concentration gradient -- the greater the concentration difference across the membrane, the faster the diffusion.
  4. Direction relative to the membrane: molecules may cross the membrane in either direction, depending only on the direction of the gradient.
  1. Ion channels exist for Na + , K + and Ca ++ movement. These channels are specific for a given ionic species.
  2. Channels consist of protein, which forms a gate that opens and closes under the control of the membrane potential.
  3. Ion movement through channels is always down the concentration gradient.
  1. A carrier must be able to perform four functions in order to transport a substance.
    • Recognition -- to specifically bind the substance that is to be transported.
    • Translocation -- movement from one side of the membrane to the other.
    • Release -- on the other side of the membrane
    • Recovery -- return of the carrier to its original condition so it can go through another cycle of transport.
  2. Terminology: Carriers are also variously called "porters,""porting systems,""translocases,""transport systems" and "pumps."
  3. Carriers resemble enzymes in some of their properties.
    • They are NOT enzymes, as they do NOT catalyze chemical reactions.
    • They are enzyme-like in the following ways. They are specific. They have dissociation constants for the transported substances which are analogous to Km of enzymes. Transport can be inhibited by specific inhibitors. They exhibit saturation, like enzymes do. Diffusion, in contrast, is not saturable, and its rate increases with increasing concentration.
  4. A general model for transport is that the carrier is a protein which changes conformation during the transport process.
  5. Sometimes carriers move more than one molecule simultaneously. Nomenclature:
    • Uniport: a single molecule moves in one direction.
    • Symport: two molecules move simultaneously in the same direction.
    • Antiport: Two molecules move simultaneously in opposite directions.
  1. The characteristics of a carrier operating by passive mediated transport.
    • Faster than simple diffusion
    • Movement is down the concentration gradient only (like diffusion)
    • No energy input is required -- the necessary energy is supplied by the gradient.
    • The carrier exhibits specificity for the structure of the transported substance saturation kinetics specific inhibitability
  2. Examples of passive mediated transport.
    • Glucose transport in many cells. A uniport system Can be demonstrated by the fact that adding substances with structures that resemble the structure of glucose can inhibit glucose transport specifically. It is specific for glucose. The K m for glucose is 6.2 mM (a value in the neighborhood of the blood concentration of glucose, 5.5 mM) The K m for fructose is 2000 mM The transport process involves attachment of glucose outside the cell. Conformational change of the carrier protein. Release of the glucose inside the cell. There is no need to change K m for glucose, since the glucose concentration in the cell is very low.
    • Chloride-bicarbonate transport in the erythrocyte membrane. This is catalyzed by the band 3 protein seen previously. An antiport system: both ions MUST move in opposite directions simultaneously. The system is reversible, and can work in either direction. Movement is driven by the concentration gradient.
  1. There are two sources of energy for active transport.
    • ATP hydrolysis may be used directly.
    • The energy of the Na + gradient may be used in a symport mechanism. The energy of the Na + going down its gradient drives the movement of the other substance. But since the Na + gradient is maintained by ATP hydrolysis, ATP is the indirect source of energy for this process.
  2. The characteristics of a carrier operating by active transport.
    • Can move substances against (up) a concentration gradient.
    • Requires energy.
    • Is unidirectional
    • The carrier exhibits specificity for the structure of the transported substance saturation kinetics specific inhibitability
  3. How can the substance be released from the carrier into a higher concentration than the concentration at which it bound in the first place?
    • The affinity of the translocase for the substance must decrease, presumably by a conformational change of the translocase.
    • This process may require energy in the form of ATP.
  4. Examples of active mediated transport.
    • Ca ++ transport is a uniport system, using ATP hydrolysis to drive the Ca ++ movement. There are two Ca ++ translocases of importance.
      • In the sarcoplasmic reticulum, important in muscle contraction.
      • A different enzyme with similar activity in the plasma membrane.
    • The Na + -K + pump (or Na + -K + ATPase).
      • An antiport system.
      • Importance: present in the plasma membrane of every cell, where its role is to maintain the Na + and K + gradients.
      • Stoichiometry: 3 Na + are moved out of the cell and 2 K+ are moved in for every ATP hydrolyzed.
      • Specificity: Absolutely specific for Na + , but it can substitute for the K + .
      • The structure of the Na + -K + pump is a tetramer of two types of subunits, alpha 2 beta 2 . The beta-subunit is a glycoprotein, with the carbohydrate on the external surface of the membrane.
      • The Na + -K + ATPase is specifically inhibited by the ouabain, a cardiotonic steroid. Ouabain sensitivity is, in fact, a specific marker for the Na + -K + ATPase.
      • The proposed mechanism of the Na + -K + ATPase shows the role of ATP in effecting the conformational change.
        • Na + attaches on the inside of the cell membrane.
        • The protein conformation changes due to phosphorylation of the protein by ATP, and the affinity of the protein for Na + decreases.
        • Na + leaves.
        • K + from the outside binds.
        • K + dephosphorylates the enzyme.
        • The conformation now returns to the original state.
        • K + now dissociates.
    • Na + linked glucose transport is found in intestinal mucosal cells. It is a symport system glucose is transported against its gradient by Na + flowing down its gradient. Both are transported into the cell from the intestinal lumen. Na + is required one Na + is carried with each glucose. The Na + gradient is essential it is maintained by the Na + -K + ATPase.
    • Na + linked transport of amino acids, also found in intestinal mucosal cells, works similarly. There are at least six enzymes of different specificity that employ this mechanism. Their specificity is as follows. Short neutral amino acids: ala, ser, thr. Long or aromatic neutral amino acids: phe, tyr, met, val, leu, ile. Basic amino acids and cystine: lys, arg, cys-cys. Acidic amino acids: glu, asp Imino acids: pro and hypro Beta-amino acids: beta-alanine, taurine.
  1. There are four types of signals.
    • Nerve transmission
    • Hormone release
    • Raumenų susitraukimas
    • Growth stimulation
  2. There are four types of messenger molecules.
    • steroidai
    • small organic molecules
    • peptides
    • baltymai
  3. The messenger may interact with the cell in either of two ways.
    • Entry into the cell by diffusion through the cell membrane (the steroid hormones do this).
    • Large molecules or charged ones bind to a receptor on the plasma membrane.
  4. The events associated with communication via these molecules may include the following.
    • Primary interaction of the messenger with the cell (binding by a receptor).
    • A secondary event, formation of a second messenger. (this is not always found).
    • The cellular response (some metabolic event).
    • Termination (removal of the second messenger).
  1. Steroids are lipid soluble, and can diffuse through the plasma membrane.
  2. Cells which are sensitive to steroid hormones have specific receptor proteins in the cytosol or nucleus which bind the steroid.
  3. The receptor-hormone complex then somehow causes changes in the cell's metabolism, typically by affecting transcription or translation.
  4. The mechanism of termination is unclear, but involves breakdown of the hormone.
  1. Membrane receptors bind specific messenger molecules on the exterior surface of the cell. Either of two types of response may occur.
    • Direct response: binding to the receptor directly causes the cellular response to the messenger.
    • Second messenger involvement: Binding to the receptor modifies it, leading to production of a second messenger, a molecule that causes the effect.
    • In each case messenger binding induces a conformational change in the receptor protein. Binding of the messenger resembles binding of a substrate to an enzyme in that there is a dissociation constant inhibition (by antagonists) which may be competitive, noncompetitive, etc.
  2. A variety of messengers can bind to various tissues.
    • Various cellular responses may occur, depending on the tissue.
    • Either positive or negative responses may occur, even in the same tissue, depending on the type of receptor.
  3. The response of a cell to a messenger depends on the number of receptors occupied.
    • A typical cell may have about 1000 receptors.
    • Only a small fraction (10%)of the receptors need to be occupied to get a large (50%) response.
    • Receptors may have a dissociation constant of about 10 exp -11 this is the concentration of messenger at which they are 50% saturated. Thus very low concentrations of messengers may give a large response.
  1. The receptor is a complex pentameric protein which forms a channel through the membrane.
  2. Mechanism of action.
      Binding of acetylcholine, a small molecule, at the exterior surface causes the channel to open. (Binding)
  3. Na + and K + flow through the channel, depolarizing the membrane. (Response)
  4. The esterase activity of the receptor then hydrolyses the acetylcholine, releasing acetate and choline, and terminating the effect. (Recovery)
  5. The process can now be repeated.
  1. Definition: This intracellular mediator is called a second messenger .
  2. Effect of second messenger formation: Since a receptor usually forms many molecules of second messenger after being stimulated by one molecule of the original effector, second messenger formation is a means of amplifying the original signal.
  3. The formation and removal of the second messenger can be controlled and modulated.

  1. Structure of cAMP: an internal (cyclic) 3', 5'-phosphodiester of adenylic acid.
  2. The mechanism of action of cAMP is to activate an inactive protein kinase.
    • Animated activation sequence.
    • Since an active protein kinase which acts on many molecules of its substrate is produced, this process is an amplification of the original signal.
    • Since the protein kinase is activated by cAMP it is called protein kinase A.

    The reaction ATP < -> cAMP + PPi is reversible, but subsequent hydrolysis of the PPi

  • G-proteins are a class of proteins that are so named because they can react with GTP. There are G-proteins in addition to the ones under consideration here.
  • G s and G i are so named because they stimulate and inhibit, respectively, adenyl cyclase.
  • Structure: G-proteins are complexes of three different subunits, alpha, beta and gamma. Beta and gamma are similar in the G s and G i proteins. The alpha-subunits are different, and are called alpha s and alpha i , respectively.
  • Mechanism: Receptor-messenger interaction stimulates binding of GTP to the alpha-subunits. The alpha-subunit with its bound GTP then dissociates from the beta-gamma complex. The alpha-subunit with its bound GTP then acts on adenyl cyclase. alpha s -GTP stimulates adenyl cyclase. alpha i -GTP inhibits adenyl cyclase.
  • The alpha-subunit of the G-protein has GTPase activity. After it cleaves the GTP it reassociates with the beta-gamma complex to form the original trimer.
  • cAMP already formed is cleaved by cAMP phosphodiesterase.
  • The hormone gradually and spontaneously dissociates from the receptor.
  1. Animated activation sequence.
  2. IP 3 and DG are synthesized by the enzyme, phospholipase C, which has phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate (PIP 2 ) phosphodiesterase activity. PIP 2 is a normal minor component of the inner surface of the plasma membrane.
  3. The phosphodiesterase is controlled by a G-protein in the membrane, which activates the phosphodiesterase.
  4. Mechanism: IP 3 and DG have separate effects.
    • IP 3 releases Ca ++ from the endoplasmic reticulum. The Ca ++ then activates certain intracellular protein kinases.
    • DG activates protein kinase c, a specific protein of the plasma membrane.
    • Note that both IP 3 and DG activate protein kinases, which in turn phosphorylate and affect the activities of other proteins.
  5. Termination of the signal occurs at several levels.
    • IP 3 is hydrolyzed.
    • Ca ++ is returned to the endoplasmic reticulum or pumped out of the cell.
    • The GTPase activity of the G-protein hydrolyses the GTP, terminating the activity of the phospholipase C.
  6. Many systems respond to changes on IP 3 and DG. Be aware of the large number of systems affected.

Structure: The insulin receptor is a tetramer with two kinds of subunits, alpha and beta. Disulfide bridges bind them together.


Žiūrėti video įrašą: Paskaita. Ląstelės ciklas II. Mitozė ir vėžys. (Gruodis 2022).