białka receptorowe.doc

W odbiorze i przekazywaniu informacji przez komórkę bardzo ważną rolę spełniają białka receptorowe.

Receptor odbiera sygnał zewnętrzny i jako odpowiedź wytwarza nowy sygnał wewnątrzkomórkowy, inicjując kaskadę sygnalizacyjną, która przekształca, amphfikuje (wzmacnia) i rozprowadza dany sygnał prowadząc do ostatecznej odpowiedzi, np. aktywacja enzymu metabolicznego, ekspresja genów, zmiany w cytoszkielecie.

Informacja odbierana przez receptory błonowe wywołuje reakcje:

•         Krótkotrwałe (od ułamka milisekundy do kilkudziesięciu milisekund) związane z ruchem jonów przez
błonę,

•         Dłuższe (od milisekund do kilku godzin) w wyniku aktywacji lub inaktywacji enzymów,

•         Długotrwałe (od kilku godzin do tygodni) kiedy dochodzi do ekspresji genów w jądrze komórkowym.

Większość cząsteczek sygnałowych (tzw. ligandów) jest hydrofilowa, przez co nie są zdolne do przejścia przez błonę komórkową. Dlatego ich receptory muszą być białkami transbłonowymi, które wykryją sygnał na zewnątrz komórki i przekażą informację do wnętrza. Większość białkowych receptorów należy do jednej z trzech rodzin:

1.    receptory związane z kanałami jonowymi (receptory jonotropowe) - przepływ jonów prowadzi do
efektu elektrycznego,

2.    receptory współpracujące z białkami G (receptory metabotropowe),

3.              receptory związane z enzymami (receptory katalityczne).
Receptory te różnią się charakterem sygnału wewnątrzkomórkowego.

RECEPTORY METABOTROPOWE

Wszystkie receptory współpracujące z białkami G mają podobną strukturę opartą na              7-krotnym

przejściu pojedynczego łańcucha polipeptydowego przez dwuwarstwę lipidową.

Gdy ligand zwiąże się z receptorem, ulega on zmianie konformacji, która odkształca jego część cytoplazmatyczną umożliwiając oddziaływanie z białkiem G.

BUDOWA BIAŁEK G:

•         złożone z 3 podjednostek: α, β, γ,

•         w stanie niewzbudzonym podjednostka a ma związany ze sobą GDP,

•         aktywacja następuje przez zastąpienie GDP na GTP,

•         w konsekwencji białko G rozpada się na aktywną podjednostkę a związaną z GTP oraz kompleks βγ,
obie te cząsteczki mogą swobodnie dyfundować wzdłuż błony i oddziaływać z innymi cząsteczkami,
które z kolei przekazują dalej sygnał,

•         ponieważ podjednostka a ma aktywność GTPazy po pewnym czasie następuje zhydrolizowanie GTP do
GDP, wtedy podjednostka a łączy się z powrotem z kompleksem βγ i sygnał zostaje wyłączony.

Białkami docelowymi dla podjednostek białek G są:

•              kanały jonowe, np. w komórkach mięśnia sercowego związanie przekaźnika nerwowego acetylocholiny
z jego receptorem powoduje dysocjację białka do zaktywowanego kompleksu βγ i podjednostki a W
tym przykładzie aktywnym komponentem sygnalizującym jest kompleks βγ, który wiąże się z
cytozolową powierzchnią kanału K+ w błonie komórki mięśnia sercowego i zmusza go do przyjęcia
konformacji otwartej. Zmienia to elektryczne właściwości komórki mięśnia sercowego, zmniejszając
częstotliwość skurczów. Inaktywacja podjednostki a w drodze hydrolizy związanego GTP powoduje jej
powrotną asocjację z kompleksem βγ prowadząc do odtworzenia nieaktywnego białka G. Kanał K+
zamyka sie.

•              enzymy błonowe.

Oddziaływanie z enzymami prowadzi do wytworzenia dalszych wewnątrzkomórkowych cząsteczek

sygnalizacyjnych takich jak cAMP, inozytotrifosforan (IP3), diacyloglicerol, Ca2+ - są to wtórne cząsteczki

informacyjne.

Powstające w komórkach wtórne przekaźniki wpływają na fosforylację i defosforylację odpowiednich białek,

zmieniając metabolizm komórki. Fosforylacja zachodzi pod wpływem kinaz białkowych, a defosforylacja -

fosfataz.

Wyróżniamy różne systemy przekazywania sygnału, w których uczestniczą KINAZY BIAŁKOWE:

•          związany z cAMP, który wpływa na kinazę A,

•          związany z cGMP oddziaływujący na kinazę G, która uczestniczy w:

-          rozkurczu mięśni gładkich,

-          hamowaniu degradacji płytek krwi,

-          regulacji procesów widzenia,

•          związany z jonami Ca2+ i kalmoduliną aktywujące kinazy wielofunkcyjne, zbliżone w zakresie działania
do kinazy A i kinazy swoiste, np. kinazę lekkiego łańcucha miozyny uczestniczącą w zapoczątkowaniu
skurczu mięśni gładkich,

•          związany z m. in. Z diacyloglicerolem, który wpływa na kinazę C,

•          związany z czynnością receptorów o właściwościach kinazy tyrozynowej, charakterystycznej dla
czynników wzrostu, np. insuliny czy czynnika wzrostowego płytek krwi (PDGF).

FOSFATAZY wyłączają działanie kinaz białkowych hamując w komórkach procesy zależne od fosforylacji białek. Wyróżniamy:

•                   fosfatazy serynowo-treoninowe,

•                   fosfatazy tyrozynowe,

•                   fosfatazy o podwójnej swoistości

cAMP działa na kinazę białkową zależną od cyklicznego AMP - kinazę A:

•                     kinaza utrzymywana jest w stanie nieaktywnym w postaci kompleksu z innym białkiem,

•                     związanie cAMP wymusza zmianę konformacji, która uwalnia aktywny enzym,

•                     aktywna kinaza tyrozynowa katalizuje fosforyzowanie szczególnych reszt seryny i treoniny w białkach
wewnątrzkomórkowych, zmieniając przez to ich aktywność. W odmiennych komórkach
fosforyzowaniu ulegają inne zestawy białek docelowych, dlatego efekty działania cAMP różnią się w
zależności od komórki docelowej. np.

w komórkach mięśni szkieletowych uaktywniona kinaza A fosforyzuje enzymy metabolizujące glikogen, przez co uruchamia mechanizm rozpadu glikogenu do glukozy, a w pewnych komórkach kinaza A fosforyzuje regulatorowe białka genów, które aktywują transkrypcję wybranych genów.

Białko G może aktywować inny związany z błoną enzym - fosfolipazę C, która tworzy 2 odrębne wtórne cząsteczki informacyjne:

•      1,4,5-trifosforan inozytolu (IP3),

•      diacylogłicerol (DAG).

IP3 dytunduje w cytozolu, gdy dotrze do retikulum endoplazmatycznego, wiąże się z zawartymi w błonie kanałami Ca2+ i otwiera je. Zmagazynowany Ca2+ szybko wypływa do cytozolu, gwałtownie zwiększając w nim stężenie wolnego Ca2+.

DAG pozostaje w błonie komórkowej, gdzie bierze udział w aktywacji specyficznej kinazy białkowej C, która do swej aktywacji musi jeszcze związać Ca2+. Zasady działania są takie same jak w przypadku kinazy A.

RECEPTOROWE KINAZY BIAŁKOWE:

•    mają zazwyczaj tylko jeden segment transbłonowy przechodzący przez dwuwarstwę lipidową w formie
a helisy. W części zewnątrzkomórkowej posiadają domeny bogate w cysteinę, a wewnątrzkomórkowe
motyw kinazy tyrozynowej,

•    do ligandów receptorowych kinaz białkowych należą m. in.:

-      EGF - naskórkowy czynnik wzrostu,

-      PDGF - płytkowy czynnik wzrostu,

-      insulina

•    związanie cząsteczki sygnałowej powoduje zbliżenie się w błonie dwóch cząsteczek receptora i
wytworzenie dimeru,

•    następuje aktywacja ich funkcji kinazowej, czego rezultatem jest wzajemne ufosforylowanie,

•    ufosforylowane reszty tyrozynowe stają się miejscem wiązania wewnątrzkomórkowych białek
sygnalizacyjnych,

•    następuje dalsze przekazanie sygnału,

•    w celu zakończenia aktywacji receptora komórka dysponuje fosfatazami tyrozynowymi białek, które
usuwają grupy fosforanowe

Pośród wewnątrzkomórkowych białek sygnalizacyjnych są takie, które umożliwiają powstawanie większych agregatów przez sprzęganie receptora z innymi białkami - są to tzw. adaptery.

Poprzez wiążące działanie tego typu kompleksu aktywacja receptorowej kinazy tyrozynowej prowadzi do aktywacji małego białka Ras, które należy do rodziny małych, jednopolipeptydowych białek G wiążących GTP. Białko Ras przypomina podjednostkę a białek G. jednak w białku Ras wymiana GDP na GTP (a tym samym jego aktywacja) jest wymuszona przez interakcję białek Ras z białkiem aktywującym ten proces. W stanie aktywnym białko Ras inicjuje aktywację kaskady fosforylacyjnej, a w rezultacie przekazanie sygnału z błony komórkowej do jądra. Ostatnia kinaza kaskady fosforyzuje określone białka regulatorowe genów, zmieniając ich zdolność do regulacji transkrypcji genów. Zmiana może np. stymulować proliferację komórki.