Слайд 1
ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ:
«БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ КЛЕТОЧНОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ»
Слайд 2ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ:
«БИОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ КЛЕТОЧНОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ»
Слайд 3
На занятии рассматриваются следующие вопросы:
понятие о клеточной сигнализации и её
типы;
внутриклеточные рецепторы и их характеристика;
поверхностные рецепторы и их
характеристика;
общие механизмы проведения сигнала;
ответ клетки на действие сигнала;
Слайд 4
Клеточная сигнализация – это процесс получения и обработки клеткой информации,
поступающей из окружающей среды в виде разнообразных сигналов физической или
химической природы, результатом чего служит специфический ответ клетки на действие сигнала.
Слайд 5
Клеточная сигнализация осуществляется сигнальными системами, материальную основу которых на
молекулярном уровне составляют рецепторы, элементы сигнал передающих путей и эффекторные
белки, реализующие ответ клетки на действие сигнала.
Слайд 7
Общий принцип функционирования сигнальных систем состоит в том,
что внешний сигнал, взаимодействуя с рецептором клеток-мишеней, вызывает изменение конформации
рецептора и его активацию, результатом чего служит передача полученной рецептором информации к эффекторным белкам, обеспечивающим ответ клетки на действие сигнала.
Слайд 8
Клеточная сигнализация играет большую роль в формировании
адаптивных реакций про- и эукариотических организмов в ответ на действие
факторов окружающей среды.
У многоклеточных животных клеточная сигнализация обеспечивает координацию и интеграцию деятельности составляющих их клеток в составе целостного организма.
Слайд 9
Клеточная сигнализация у прокариотических клеток
Слайд 10Дайте характеристику видов клеточной сигнализации у многоклеточных животных
Слайд 11
Типы клеточной сигнализации с использованием химических сигнальных молекул:
- паракринная сигнализация характеризуется выделением клеткой химических веществ, которые оказывают
действие лишь на клетки ближайшего окружения;
- аутокринная сигнализации, при которой клетка выделяет вещества, действующие на туже самую клетку.
- юкстакринная сигнализация отличается передачей сигнала от одной клетки другой в результате адгезии молекул
Слайд 12
- синаптическая сигнализация, встречается лишь у животных, имеющих
нервную систему. Характеризуется секрецией нейронами в синаптическую щель сигнальных молекул-
нейромедиаторов.
- эндокринная сигнализация характеризуется секрецией клетками эндокринных желез сигнальных молекул - гормонов в кровеносное русло или в тканевую жидкость, которые затем разносятся с током крови к клеткам - мишеням по всему организму.
Слайд 13
Типы клеточной сигнализации
А-паракринная сигнализация; Б-синаптическая сигнализация; В-эндокринная сигнализация
1- секретируемые
сигнальные молекулы
нейромедиатор
1
1
1
Слайд 14Охарактеризуйте сигнальные молекулы и рецепторы, участвующие в процессах клеточной сигнализации
Слайд 15
Характеристика химических сигнальных молекул
Слайд 16
Выделяют три стадии клеточной сигнализации:
рецепция;
проведение
сигнала к эффекторным молекулам;
ответ клетки на действие сигнальных молекул.
Слайд 18
Клетки-мишени распознают сигнальные молекулы с помощью
рецепторов.
Механизм распознавания сигналов осуществляется на
основе конформационного соответствия молекул лиганда и рецептора, которые «подходят» друг к другу также как «ключ подходит к замку».
Слайд 19
Рецепторы по локализации их в клетке подразделяют на две группы:
•
внутриклеточные рецепторы;
• рецепторы клеточной поверхности
Слайд 20Объясните механизм функционирования внутриклеточных рецепторов
Слайд 21
Внутриклеточные рецепторы расположены в цитозоле клетки или ядре.
Химическими сигналами для них служат молекулы, которые переносятся через липидный
бислой плазматической мембраны посредством простой диффузии.
Слайд 22
Внутриклеточные рецепторы не только распознают и связывают сигнальные молекулы, но
и сами участвуют в передаче сигнала, выполняя часто функцию транскрипционных
факторов.
Слайд 23 Передача сигнала внутриклеточным рецептором
Слайд 24
Рецепторы, расположенные в плазматической мембране, или рецепторы клеточной поверхности, относятся
к интегральным мембранным белкам. Они взаимодействуют с сигнальными молекулами, общим
признаком которых служит гидрофильность.
Слайд 25
Выделяют три главных типа рецепторов клеточной поверхности:
рецепторы ионных каналов;
рецепторы, сопряженные с G- белками;
каталитические
рецепторы.
Слайд 26Расскажите о функционировании рецепторов ионных каналов
Слайд 27
Рецепторы ионных каналов представляют собой регулируемые лигандами ионные каналы. Сигнальные
молекулы, связываясь с белком рецептором, изменяют его конформацию, в результате
чего ионные каналы открываются или закрываются.
Слайд 29Передача сигнала никотиновым ацетилхолиновым рецептором
1-2-3-4 – последовательность открытия ионных каналов.
Слайд 31
Механизм синаптической передачи сигналов между электрически возбудимыми клетками с
помощью рецепторов ионных каналов заключается в преобразовании ими химических сигналов
в электрические.
Слайд 32Дайте характеристику рецепторам, сопряженными с G-белками
Слайд 33
Рецепторы, сопряженные с G-белками, функционируют в тесной кооперации с регуляторными
G-белками. Они встречаются у всех представителей эукариот и отличаются широкой
функциональной специализацией.
Слайд 34Структура рецептора, сопряженного с G-белками
1- сигнал-связывающий участок; 2-участок , взаимодействую-
щий с G-белком
Слайд 35
Рецепторы, сопряженные с G-белками, передают сигнал путем активации или
инактивации определенных ферментов или ионных каналов, связанных с плазматической мембраной.
Взаимодействие между рецептором и ферментом или ионным каналом осуществляется опосредованно через G-белки.
Слайд 36
G-белки имеют центры связывания гуаниловых нуклеотидов: гуанозиндифосфата
(ГДФ) и гуанозинтрифосфата (ГТФ). G-белки обладают собственной фосфатазной активностью, позволяющей
им гидролизовать ГТФ до ГДФ.
G-белки функционируют как выключатели. Если с G-белком связан ГТФ, то G-белок активен. Если с G-белком связан ГДФ –то G-белок неактивен.
Слайд 38
Принцип работы рецептора, сопряженного с G-белком
- связывание сигнальной молекулы с
рецептором;
- активация рецептора;
- связывание G-белка с рецептором;
- активация
G-белка (замещение ГДФ на ГТФ);
- связывание G- белка с ферментом;
- активация фермента;
- диссоциация гормона от рецептора;
- гидролиз G-белком ГТФ до ГДФ;
- возврат G-белка и фермента в исходное состояние.
Слайд 39
Каталитические рецепторы обладают собственной ферментативной активностью.
Сигнальные системы с участием
каталитических рецепторов играют большую роль в регуляции метаболизма, роста, деления
и дифференцировки клеток.
Слайд 40Объясните механизм функционирования тирозинкиназного рецептора
Слайд 41
Тирозинкиназный рецептор
1 - плазмалемма;
2 - сигнал-связывающий участок;
3 - мембранный
домен;
4,5 - тирозин-киназные рецепторные белки;
6 - релейный белок;
7- сигнальная молекула.
Цитоплазматический
домен рецептора функционирует как тирозинкиназа — фермент, который переносит фосфатные группы от АТФ на гидроксильную группу тирозиновых остатков белков.
Слайд 42
Принцип работы тирозинкиназного рецептора
- связывание сигнальной молекулы с рецептором;
агрегация двух полипептидных цепей рецептора с
образованием димерного белка;
перекрестное автофосфорилирование тирозиновых
остатков цитоплазматических доменов рецептора;
активация рецептора;
активация рецептором релейных белков.
Слайд 43Объясните механизмы усиления сигнала при передаче его от рецепторов клеточной
поверхности к эффекторным молекулам с участием релейных белков и вторичных
мессенджеров
Слайд 44
Передача сигнала от рецепторов клеточной
поверхности к эффекторным молекулам включает цепь молекулярных взаимодействий релейных белковых
молекул, которые сопровождаются специфическими изменениями их конформации и биологической активности.
Сигнал, подобно падающему домино, передается другим релейным молекулам, последовательно активируя их, и достигает, в конце концов, эффекторных белков, реализующих ответную реакцию клетки.
Слайд 45
Многие релейные белки, участвующие в проведении сигнала
от рецепторов клеточной поверхности к эффекторным белкам представляют собой протеинкиназы
— ферменты, которые переносят фосфатную группу от молекул АТФ на другие белковые молекулы, в результате чего биологическая активность фосфорилированных белков изменяется. Цитоплазматические протеинкиназы, участвующие в передаче сигнала в клетке, отличаются высокой специфичностью по отношению к своему субстрату, благодаря чему достигается «адресное» фосфорилирование только определенных белков.
Слайд 46
Наряду с протеинкиназами большую роль в передаче
сигналов играют ферменты протеинфосфатазы, которые быстро удаляют фосфатные группы от
белков. Этот процесс получил название дефосфорилирования. За счет дефосфорилирования протеинфосфатазами белков, ранее фосфорилированных протеинкиназами, достигается переход их из активного в исходное неактивное состояние, что делает возможным проведение нового сигнала от рецептора.
Слайд 47сигнальная молекула
1
1а
2а
3
3а
2
Клеточный ответ
4
5
рецептор
Каскад реакций фофорилирования
Сигнальная молекула
Релейная молекула
1,2,3,-неактивные протеинкиназы; 1а, 2а, 3а
-активные протеинкиназы; 4- неактивный белок; 5- активный белок; 6-протеинфосфатазы
10
102
Кол-во
активированных
молекул
104
106
6
Слайд 48
Система, обеспечивающая фосфорилирование и дефосфорилирование релейных белков в клетке,
действует как «молекулярный выключатель», который активирует или инактивирует белки, участвующие
в проведении сигнала.
Слайд 49
1-сигнальная молекула (фактор роста);2-активный тирозинкиназнывй рецептор; 3-фосфорилированые остатки тирозина
цитоплазматических доменов; 4- плазмалемма; 5- Grb-белок; 6- SOS-белок; 7-Ras –белок;
8 активная МАККК; 9-неактивная МАКК; 10-активная МАКК; 11- неактивная МАК; 12- активная МАК; 13- неактивнй транскрипционый фактор; 14-активный транскрипционный фактор; 15 ген контролирующий клеточное деление; 16-ядро
Схема проведения сигнала от рецепторов клеточной поверхности при связывании с ними факторов роста:
Слайд 50
Во многих сигнальных путях в проведении сигнала,
наряду с белками, участвуют малые небелковые молекулы и ионы, которые
получили название вторичных посредников или вторичных мессенджеров.
К наиболее распространенным вторичным посредникам относятся циклический аденозин монофосфат (цАМФ) и ионы Са2+.
Слайд 51Превращения циклического
аденозинмонофосфата
Слайд 52 Схема проведения сигнала при взаимодействии адреналина с
β- адренергическим рецептором клетки печени.
Слайд 53
Общая схема проведения сигнала в клетке печени.
при взаимодействии
адреналина с рецептором, сопряженным с G- белком:
- связывание адреналина с рецептором;
- активация рецептора;
- активация G-белка рецептором, в результате чего ГДФ,
связанный с G- белком, замещается на ГТФ;
- активация G- белком фермента аденилциклазы;
- превращение аденилциклазой АТФ в цАМФ;
- активация цАМФ протеинкиназы А;
- активация протеинкиназой А фермента киназы фосфорилазы;
- активация ферментом киназа фосфорилазой фермента
гликогенфосфорилазы;
- деполимеризация гликогена гликогенфосфорилазой с образованием
глюкозо-1 фосфата.
Слайд 54
Действие адреналина сопровождается усилением распада гликогена и прекращением его синтеза
, что способствует максимальной мобилизации энергетических ресурсов организма в условиях
стресса.
Слайд 55
Использование в сигнальных системах ионов Са2+ в качестве вторичных посредников
определяется двумя особенностями указанных ионов :
- низкой концентрацией ионов Са2+
в цитозоле клетки (примерно в 10000 раз меньше, чем в окружающей клетку среде);
-способностью ионов Са2+ связываться с различными внутриклеточными белками и изменять их биологическую активность.
Слайд 56Схема транспорта ионов Са2+ из цитозоля клетки в окружающуюсреду эпс
Слайд 57
В механизме проведения сигнала с участием ионов Са++, участвуют два
других вторичных посредника: инозитолтрифосфат и диацилглицерол.
В клетках животных эти
посредники образуются из мембранного липида фосфатидилинозитол-4,5 дифосфата, под действием фермента фосфолипазы С, связанного с плазмалеммой клетки.
Слайд 59
Инозитол трифосфатный путь проведения сигнала
1- рецептор; 2 - G-белок; 3
- фосфолипаза С; 4- фосфатидилинозитол-4,5 дифосфат; 5- инозитолтрифосфат; 6-кальциевый канал
Гормон
Слайд 60
Общая схема проведения сигнала с участием ионов кальция:
- связывание сигнальной
молекулы с рецептором;
- активация рецептора и G-белка;
активации G-белком
фермента фосфолипазы С;
гидролиз под действием фосфолипазы С фосфатидилинозитол - 4,5
дифосфата с образованием инозитолтрифосфата (PIP3) и
диацилглицерола (DAG);
связывание инозитолтрифосфата (PIP3) с рецепторами кальциевых каналов гладкой ЭПС;
открытие кальциевых каналов ЭПС и выход ионов Са2+ из ЭПС в цитозоль;
- связывание ионов Са2+ с эффекторными белками и
специфический ответ клетки на действие сигнала.
Слайд 61
Диацилглицерол активирует фермент протеинкиназу С, связанный с
цитоплазматической мембраной клетки. Протеинкиназа С участвует во многих процессах, протекающих
в клетке: клеточном делении, мембранном транспорте, секреции и др.
Слайд 62
Схема проведения сигнала при связывании АДФ с рецепторами тромбоцитов
1-АДФ; 2-
рецептор; 3,4 G - белок; 5- фосфолипаза С; 6-фосфатидилинозитол-4,5 дифосфат
; 7- инозитолтрифосфат; 8 -диациглицерол
Слайд 63
Наличие нескольких релейных молекул, вовлеченных в передачу сигнала, обеспечивает :
•
усиление сигнала;
• возможность взаимодействия сигналов, идущих от разных рецепторов;
• возможность«ветвления» сигнальных путей, идущих от одного рецептора и, как следствие этого, формирования нескольких ответных реакций клетки на действие одного и того же сигнала.
Слайд 64 Схема усиления сигнала при связывании адреналина с
β- адренергическим рецептором клетки печени.
Слайд 65
Ответ 1
Ответ 2
Схема взаимодействия сигналов, идущих от разных рецепторов
Схема «ветвления»
сигнальных путей, идущих от одного рецептора
Слайд 66
Ответные реакции клеток на действие сигнальных молекул отличаются высокой специфичностью.
Это означает, что одни и те же сигнальные молекулы, связываясь
с рецепторами клеток разных типов, вызывают у них, как правило, разные ответы.
Слайд 67
Специфичность ответа клетки на действие сигнальных молекул объясняется:
способностью одних
и тех же сигнальных молекул связываться с разными рецепторами;
специфичностью
набора эффекторных белков, присущего каждому типу клеток
Слайд 68
Обратимый характер изменений, возникающих в ответ на действие сигнальных молекул,
- необходимое условие функционирования сигнальных систем. Поэтому изменения, возникающие на
всех этапах сигнализации, носят локальный, кратковременный и обратимый характер, благодаря чему клетки, возвращаются в исходное состояние и приобретают способность отвечать на новые сигналы.
Слайд 69КОНТРОЛЬНО-ОБУЧАЮЩИЕ ВОПРОСЫ
Дайте сравнительную характеристику особенностей рецепции и проведения сигнала в
сигнальных системах на основе внутриклеточных рецепторов и рецепторов клеточной поверхности.
2.
Охарактеризуйте механизмы, обеспечивающие интеграцию действия сигнальных систем.
Слайд 70КОНТРОЛЬНО-ОБУЧАЮЩИЕ ТЕСТЫ
Выделение клеткой химических медиаторов, которые оказывают действие лишь на
клетки ближайшего окружения, характерно для
а) паракринной сигнализации;
б) аутокринной сигнализации;
в) юкстакринной сигнализации; г) эндокринной
д) синаптической сигнализации.
2. Факторы роста относятся к
а) локальным химическим медиаторам; б) нейромедиаторам; в) гормонам.
3. Примерами внутриклеточных рецепторов служат:
а) рецепторы ионных каналов; б) каталитические рецепторы;
в) рецепторы стероидных гормонов; г) рецепторы, сопряженные с G-белками; д) рецепторы смерти.
4. Сигналы, идущие от внутриклеточных рецепторов, непосредственно регулируют процессы:
а) транспорта через ионные каналы; б) транскрипции;
в) трансляции; г) распада белков;
д) репликации; е) транспорта через ядерные поровые комплексы.
