Regulace metabolismu
Obecné mechanismy účinku hormonů a
neurotransmiterů
Typy membránových receptorů a intracelulární
receptory
Biochemie-12-1-prenost_signalu 1
Biochemie-12-1-prenost_signalu 2
Regulace metabolismu probíhá na různých
úrovních, ale vždy na molekulárním podkladě.
Centrálním nástrojem regulace metabolismu je regulace
enzymových reakcí
regulace v určitém buněčném
kompartmentu
regulace v rámci
kompletní buňky
(proteom, specifické
receptory, izoenzymy,
transportéry, energetický
stav buňky)
regulace vyplývající z
komunikace mezi
buňkami
úrovně regulace se překrývají.
Regulace:
Nervový a
endokrinní systém
Biochemie-12-1-prenost_signalu 3
Regulace enzymové aktivity
• Regulace množství enzymu (syntéza a degradace)
• regulace aktivity enzymu (modifikace enzymu
proteolýzou, kovalentní modifikací, allosterická
regulace, interakce s regulačními proteiny)
• dostupnost a koncentrace substrátu (regulace
transportu)
Regulace:
Nervový systém- regulace mezi mozkem a
periferními tkáněmi, koordinace různých funkcí,
elektrochemické signály
endokrinní systém-uvolňuje chemické mediátory a
hormony
Biochemie-12-1-prenost_signalu 4
Komunikace mezi buňkami. Obecné mechanismy
účinku hormonů a neurotransmiterů.
Typy signálních molekul v neurohumorálních regulacích:
Působek Zdroj
HORMONY vylučované endokrinními žlázami,
rozptýlenými žlázovými buňkami, ikosanoidy
mnoha jinými typy buněk
NEUROHORMONY vylučované neurony do krevního oběhu
NEUROTRANSMITERY vylučované na synaptických zakončeních
CYTOKINY, RŮSTOVÉ
FAKTORY, IKOSANOIDY
Vylučovány mnoha typy buněk, zpravidla ne z
endokrinních žláz
Nervový a endokrinní systém
Biochemie-12-1-prenost_signalu 5
Účinky signálních molekul
Název účinku Charakter účinku
endokrinní Působek je přenášen krví na cílovou buňku,
která je většinou vzdálena od místa vzniku.
Typicky hormony
parakrinní Působek je secernován do bezprostředního okolí
buňky (lokální mediátory). Působkem jsou
ovlivněny jen buňky v nejbližším okolí.
autokrinní Buňka secernuje působek a je současně cílem.
Rysy jsou obdobné parakrinnímu působení.
Biochemie-12-1-prenost_signalu
endokrinní parakrinní
autokrinní
6
TEST
Biochemie-12-1-prenost_signalu 7
Princip hierarchie v některých hormonálních regulacích
a zesílení toku informací pomocí signálních molekul
Neurony mozkové kůry NEUROTRANSMITERY nejvýše nanogramy
Neurony jader hypotalamu KORTIKOLIBERIN mikrogramy
Buňky adenohypofýzy KORTIKOTROPIN stovky mikrogramů
Buňky kůry nadledvin KORTISOL desítky miligramů
CÍLOVÉ BUŇKY PERIFERNÍCH TKÁNÍ
Denní produkce:
Např.
Princip signalizace
tvorba signálu
registrace signálu receptorem
na vnějším povrchu buňky
nebo v cytoplazmě/jádře
přenos signálu z receptoru k
efektorům uvnitř buňky
TRANSDUKCE SIGNÁLU
efektorem může být
transkripční faktor, enzym,
složka cytoskeletu, atd...
schopnost buňky reagovat na
podněty je geneticky určena spektrem
receptorů, které je
schopna vytvořit
Biochemie-12-1-prenost_signalu 8
Chemická povaha signálů
proteiny
krátké peptidy
aminokyseliny
nukleotidy
steroidy
retinoidy
mastné kyseliny a jejich deriváty
plyny
Biochemie-12-1-prenost_signalu 9
Biochemie-12-1-prenost_signalu 10
Transdukce signálu – typy receptorů
Jak buňka převezme informaci
nesenou chemickým signálem?
Reakce signální molekuly s receptorem
A) Membránové
receptory
Proteiny a menší signální
molekuly (peptidy,
aminokyseliny, biogenní aminy,
ikosanoidy)
B) Intracelulární
receptory
Nepolární signální molekuly
(steroidy, jodtyroniny, retinoáty)
TEST
Biochemie-12-1-prenost_signalu 11
Amplifikace
Membránové a intracelulární receptory
Interakce komplexu hormon- receptor
s hormonsenzitivním elementem DNA
Nepolární signální molekula
navázaná na transportní protein plazmy
Intracelulární receptor
Biologická odpověď
(účinek pomalejší)
Polární signální molekula
Biologická odpověď
(rychlý účinek, může být
následován i účinkem
pozdnějším)
Transdukce signálu
Membránový receptor
Přenos signální molekuly
1
100
10 000
O vstupu signální molekuly do
buňky rozhoduje její rozpustnost
Biochemie-12-1-prenost_signalu 12
Signalizace zprostředkovaná
nitrobuněčnými receptory - ligandy
Biochemie-12-1-prenost_signalu 13
Signalizace zprostředkovaná
nitrobuněčnými receptory
Mechanismus účinku:
Malá velikost/lipofilní
povaha hormonů - difúze
membránou -pevná vazba
na nitrobuněčné
receptory - konformační
změna receptorů - zvýšená
afinita ke specifickým
sekvencím DNA regulace
transkripce
cílových genů
Biochemie-12-1-prenost_signalu 14
Struktura nitrobuněčných receptorů
C-konec: doména pro vazbu hormonu
N-konec: doména pro řízení transkripce
Střed molekuly: doména pro vazbu DNA
Biochemie-12-1-prenost_signalu 15
Biochemie-12-1-prenost_signalu 16
Intracelulární receptory
pro steroidní hormony, kalcitriol, jodované tyroniny a retinoáty
Receptory se nachází se v cytoplazmě nebo v jádře
Hormon-receptorové komplexy se vážou na specifická místa
DNA a slouží jako transkripční faktory
Komplex hormon-receptor se na DNA váže v místě HRE
(hormon response element)
Superrodina steroidních a thyroidních receptorů – rodina
strukturně podobných proteinů.
Aktivace transkripce je pomalejší proces, odezva má prodlevu
Biochemie-12-1-prenost_signalu 17
Příklad kortisolu (glukokortikoidy GK, jejich receptory GR):
hydrofobní molekula hormonu proniká do buňky
inaktivní receptor
pro glukokortikoidy (GR)
existuje v cytoplazmě jako komplex s
dimerem proteinu
hsp 90 (chaperon) a dalšími proteiny
aktivní monomerní komplex receptor-kortisol,
oddělil se hsp 90 s ostatnímí proteiny
aktivní komplex dimerizuje a je
nukleopóry translokován do jádra
GR
kortisol
CBG
kortisol v extracelulárním prostoru přenášen CBG (corticosteroid-binding globulin)
Biochemie-12-1-prenost_signalu 18
Dimerní komplex kortisol-receptor se v jádře navazuje na dsDNA v místě specifické
sekvence GRE (glucocorticoid response element), tj. na HRE (hormone response
element) specifické pro glukokortikoidy.
DNA vazebná doména
GR
receptor
DNA
GRE
vazebná doména pro kortisol
(hydrofobní kapsa)
Biochemie-12-1-prenost_signalu 19
GR dimer – intracelulární receptor pro glukokortikoidy (dimer)
GRE – glucocorticoid response element
GREB protein – GRE binding protein (specifický transkripční faktor)
TF IID Pol II
CTD
> 1 000 bp
mediátorové proteiny
enhancer
koaktivátorGREB protein
GRE
dimerní komplex kortisol-GR
promotor
bazální
transkripční
aparát
Aktivní komplex kortisol-receptor se váže na DNA v místě specifické sekvence
GRE (glucocorticoid response element, jedné z mnoha HRE – hormone response
elements). Samotný komplex hormon-receptor však vazby na DNA a ovlivnění transkripce
není schopen. Připojuje se koaktivátor a specifické GREB-proteiny (glucocorticoid
response element-binding proteins). Tento komplex se prostřednictvím mediátorových
proteinů navazuje na bazální transkripční aparát na promotoru a iniciuje transkripci.
Iniciace transkripce kortisolem
II. Signalizace zprostředkovaná povrchovými
membránovými receptory
1. Hydrofilní mimobuněčný signál
(ligand, „primary messenger“):
růstový faktor, cytokin, hormon, atd.
2. Povrchový receptor:
převod mimobuněčného ligandu do podoby
nitrobuněčného signálu
3. Sekundární přenašeč („secondary
messenger“):
nízkomolekulární struktury (cAMP, Ca 2+ ,
diacylglycerol, zbytek kyseliny fosforečné, atd.)
produkt enzymově katalyzované reakce
přenos signálu od povrchových receptorů k
efektorům
4. Cílová molekula (efektor):
enzym
složka replikačního aparátu
složka aparátu pro genovou expresi
složka cytoskeletu Biochemie-12-1-prenost_signalu 20
TEST
Hlavní třídy
povrchových
membránových
receptorů
a) spojené s
iontových
kanálem
b) vázané s G-
proteiny
c) vázané na
enzym
Biochemie-12-1-prenost_signalu 21
TEST
Hlavní typy membránových receptorů
Biochemie-12-1-prenost_signalu 22
A) Receptory - iontové kanály (ROC, ligand-gated channels) jsou pouze
receptory pro některé neurotransmitery.
B) Receptory interagující s G-proteiny (heterotrimerními)
C1) Receptory s vlastní katalytickou aktivitou
– guanylátcyklázovou
– proteinkinázovou
C2) Receptory kooperující s nereceptorovými tyrosinkinázami
(např. JAK) – receptory pro somatotropin (GrH), prolaktin, erytropoetin,
interferony, interleukiny a jiné cytokiny.
TEST
Biochemie-12-1-prenost_signalu 23
Společné strukturní rysy:
Všechny mají sedm -helikálních úseků, které
jsou hydrofobní, pronikají membránou a spojují
extra- a intracelulární kličky. H2N
-COOH
Receptory interagující s heterotrimerními G-proteiny
Vazebné místo pro
agonistu (přítomna i
vazebná místa pro
antagonisty)
Intracelulární domény vazebné
místo pro interakci s
G-proteinem jediného
určitého typu.
Několik minut
Neurotransmitery
Hormony
Agonista-ligand vyvola
transdukci signalu
Antagonista- zabrani
Biochemie-12-1-prenost_signalu 24
Heterotrimerní G-proteiny
Proteiny vázající GDP nebo GTP
většinou volně navázané na cytoplazmatickou membránu – mohou
se pohybovat podél jejího vnitřního povrchu.
Podjednotky ,  a .
Identifikováno více než 20 druhů různých
G podjednotek.
Podjednotky
G a G jsou
hydrofobní a
nespecifické.
Podjednotky G jsou
největší, vážou GDP
nebo GTP a jsou
specifické pro každý
typ mechanismu
transdukce.
Cyklus aktivace heterotrimerních G-proteinů interakcí
s komplexem receptor-specifický ligand
Biochemie-12-1-prenost_signalu 25
Komplex
receptor-specifický ligand
BIOLOGICKÝ ÚČINEK
ZMĚNA KONCENTRACE „DRUHÉHO POSLA“
Trimer G-GDP,
Komplex receptor-ligand
-trimer G-GDP
Dimer 
GTP
GDP
Aktivovaná
podjednotka G-GTP
Interakce
s cílovým proteinem
Pi
Neaktivní
podjednotka G-GDP
Dimer 
Biochemie-12-1-prenost_signalu 26
Vybrané typy G-proteinů
Typ podjednotky
G
Příklady
aktivujícího receptoru
Účinek aktivovaného G
na cílový protein
Gs (stimulační) glukagon
parathyrin
-adrenergní
stimulace
adenylátcyklázy
Gi (inhibiční) somatostatin
2-adrenergní
inhibice
adenylátcyklázy
Gq (aktivující PI
kaskádu)
vazopresinový V1
endotelinové ETA,B
acetylcholinový M1
1-adrenergní
stimulace
fosfolipázy C
Gt (inhibiční)
(transducin)
rodopsin stimulace fosfodiesterázy
štěpící cGMP
TEST
Receptory aktivující Gs a Gi
stimulují nebo inhibují adenylátcyklázu
Biochemie-12-1-prenost_signalu 27
Adenylátcykláza - membránový enzym katalyzující reakci
ATP  cAMP + PPi ;
cAMP je druhým poslem.
AMP-cyklázareceptor receptor
GS

Gi

ligand ligand
ATP
H2O
cAMP
proteinkináza A
inaktivní (R2C2)
aktivní proteinkináza A
2 C + 2 R(cAMP)2
AMP
Fosfodiesteráza*
fosforylace proteinů
x
* Inhibice např. kofeinem,
theofylinem
TEST
Biochemie-12-1-prenost_signalu 28
Účinky cAMP v buňkách
C
C R
R
Proteinkinasa A
(neaktivní)
R
R
C
C
Protein
Protein
Protein-P
Protein-P
ADP
ADP
ATP
ATP
Proteinkinasa A
(aktivní)
cAMP
Fosforylace proteinů.
V cytoplasmě - nejčastěji metabolické enzymy (rychlá odpověď)
V jádře – fosforylace genově specifického transkripčního faktoru CREB (cAMP
response element-binding protein) (pomalejší odpověď)
AKAP
AKAP
Biochemie-12-1-prenost_signalu 29
Lokalizace účinku cAMP do specifické části
buňky
Proteiny AKAPs (A kinase anchoring proteins)
Proteiny vážící se k proteinkinase A, směřují její
účinek k určitému substrátu z mnoha možných.
Podobné proteiny ovlivňují také specifické účinky
fosfatáz, fosfodiesteráz ad.
Biochemie-12-1-prenost_signalu 30
http://images.google.cz/imgres?imgurl=http://www.nature.com/nrm/journal/v5/n12/images/nrm1527-
f2.jpg&imgrefurl=http://www.nature.com/nrm/journal/v5/n12/fig_tab/nrm1527_F2.html&usg=__Hng6YsRDaJ
mEJsJrqp2gtuYBJsc=&h=444&w=600&sz=67&hl=cs&start=2&um=1&itbs=1&tbnid=3SbJpzufhbKrrM:&tbnh=100
&tbnw=135&prev=/images%3Fq%3Dakap%26um%3D1%26hl%3Dcs%26lr%3D%26sa%3DN%26tbs%3Disch:1
Biochemie-12-1-prenost_signalu 31
Příklady hormonů působících
prostřednictví aktivace PKA
Hormon Místo účinku
CRH Adenohypofýza
TSH Thyroidní folikuly
LH Leydigovy b. varlete, žluté tělísko
FSH Folikulární b. ovaria, sertoliho b. varlete
ACTH Kůra nadledvin
ADH B. distálního tubulu ledvin
PGI2 Trombocyty
Adrenalin,
noradrenalin
 - receptory v mnoha buňkách
glukagon játra
Biochemie-12-1-prenost_signalu 32
Oba produkty jsou sekundární „poslové“:
Inositol-1,4,5-trisfosfát otevírá kanál pro Ca2+ v membráně ER,
diacylglycerol aktivuje membránovou proteinkinázu C.
Receptory aktivující Gq protein stimulují
fosfolipázu C a spouštějí fosfatidylinositolovou
kaskádu
Fosfolipáza C
TEST
Biochemie-12-1-prenost_signalu 33
fosfolipáza Creceptor
Gq

specifický ligand
PIP2 DG
aktivace
proteinkinázy C
fosforylace
vzrůst [Ca2+]
v cytoplazmě
Endoplazmatické retikulum
Ca2+
IP3-receptor v membráně ER
ligandem ovládaný iontový kanál pro Ca2+
IP3
Fosfatidylinositolová kaskáda
aktivní proteinkináza C
Ca2+
TEST
Biochemie-12-1-prenost_signalu 34
Regulace metabolismu změnami
cytoplasmatické koncentrace Ca2+
•Bazální koncentrace Ca2+ v cytoplasmě  1.10-7 mol/l
•Zvýšení koncentrace na  1.10-6 rychle a účinně aktivuje různé
buněčné pochody
• zvýšení Ca2+ může nastat
buď influxem Ca2+ přes cytoplazmatickou
membránu (např. kontrakce hladkého svalu)
nebo uvolněním z intracelulárních zásob (ER,
mitochondrie) např. IP3 závislý kanál pro Ca2+ v
ER, nebo ryanodinové kanály v kosterním a
srdečním svalu
Biochemie-12-1-prenost_signalu 35
Regulační bílkovina kalmodulin
Zvýšení hladiny Ca2+ aktivuje řadu na Ca2+-závislých proteinů,
které tvoří rodinu malých na kalciu závislých proteinů.
Nejvýznamější je kalmodulin. Je přítomen téměř ve všech
buňkách.
Vazba Ca2+ na kalmodulin (4 vazebná
místa) mění jeho konformaci a aktivuje
jeho interakci s dalšími proteiny, např.
kinasami, fosfatasami ad.
Některé Ca-kalmodulin-dependentní kinasy
jsou vysoce specifické, jiné mají širokou
substrátovou specifitu.
Biochemie-12-1-prenost_signalu 36
Příklady hormonů působících
prostřednictvím aktivace
fosfatidylinositolového systému a PKC
Hormon Místo účinku
TRH Adenohypofýza
GnRH Adenohypofýza
TSH Thyroidní folikuly
Angiotensin II/III Kůra nadledvin (zona
glomerulosa)
Adrenalin 1- receptory
Biochemie-12-1-prenost_signalu 37
Receptory s guanylátcyklasovou aktivitou
Po navázání ligandu přeměňují GTP na cGMP
cGMP je druhým poslem
Aktivuje proteinkinasu G
Dva druhy receptorů:
•membránový
•cytoplazmatický
Biochemie-12-1-prenost_signalu 38
Membránové receptory s guanylátcyklasovou
aktivitou
ANP
GTP cGMP + PPi
proteinkináza G
inaktivní
aktivní proteinkináza G (PKG)
fosforylace proteinů
Receptory pro ANP
Přítomny hlavně v hladkém svalu
cév a v ledvinách
ANP je secernováno
myocyty atria v
reakci na zvýšení
objemu nebo tlaku
krve
GMP
fosfodiesteráza
H2O
Biochemie-12-1-prenost_signalu 39
Cytoplazmatické receptory s guanylátcyklasovou
aktivitou
NH2 NH2
hem
NO
GTP cGMP
Receptor je dimerní a váže hem
NO se váže na hem
Jeho vazba zvyšuje katalytickou aktivitu
guanylátcyklasy
NO je generováno účinkem nitroxidsyntasy
(NOS)
NO snadno prochází membránami , může
být generováno i jinými buňkami a do cílové
buňky proniknout difuzíAktivace
proteinkinasy G
fosfodiesterasa
GMP
Biochemie-12-1-prenost_signalu 40
Proteinkinasa G
cGMP sensitivní proteinkinasa G
Rozšířena v mnoha tkáních
Fosforyluje různé proteiny (enzymy, transportní proteiny ad.)
Účinek PKG v hladkém svalu
Fosforylace proteinů:
• inaktivace proteinů podporujících uvolnění Ca2+ z ER   Ca2+
• aktivace MLC fosfatasy  potlačení interakce aktin-myosin
• snížení aktivity K+-kanálů, které podporují hyperpolarizaci  snížení influxu Ca2+
do buňky
Relaxace hladkého svalu
Biochemie-12-1-prenost_signalu 41
Význam NO/cGMP signalizace v hladkém
svalu cév
cGMP je klíčový druhý posel pro indukci relaxace hladkých
svalů cév
 vasodilatace a zvýšený průtok krve
NO je produkován v endotelových buňkách
nitroxidsyntasou z argininu (aktivace např. acetylcholinem)
a difunduje do přilehlých buněk hladkého svalu
L-Arg ·NO + L-citrullin
NO-synthasa
Biochemie-12-1-prenost_signalu 42
R-O-NO2 nitrit ·NO
Léky typu organických nitrátů jsou zdrojem
exogenního NO
Glyceroltrinitrát
Isosorbidinitrát
Terapie anginy pectoris
Aktivace rozpustné
guanylátcyklasy
Vasodilatační účinek na arterie uvolní koronární spasmus a
normalizuje prokrvení
Biochemie-12-1-prenost_signalu 43
Inhibice fosfodiesterasy potencuje účinek NO
cGMP GMP
fosfodiesterasa
H2O
Lék sildenafil (Viagra) působí jako selektivní inhibitor fosfodiesterasy 5 (PDE5),
která je vysoce exprimována v hladkém svalstvu cév. Viagra podporuje účinek
NO·, uvolňující se během sexuální stimulace tím, že inhibuje PDE5 a zvyšuje
hladinu cGMP v corpora cavernosa. Výsledkem je relaxace hladké cévní
svaloviny a přívod krve do corpora cavernosa.
Existuje více typů
fosfodiesteras, v
závislosti na typu
buněk.
Biochemie-12-1-prenost_signalu 44
Receptory s tyrosinkinázovou aktivitou
Společné rysy
•Po navázání působku na receptor dochází ke konformační změně
• aktivuje se tyrosinkinázová aktivita receptoru
• dochází k autofosforylaci tyrosinů receptoru, případně dalších
proteinů (IRS)
• na fosforylovaný receptor a substráty fosforylované receptorem
se váží další proteiny, tzv.adaptorové molekuly
• adaptorové proteiny se vážou k fosfotyrosinovým zbytkům
pomocí SH2 domén (Src homology 2 domain).
• adaptorové proteiny reagují s dalšími molekulami a signál je
dále přenášen kaskádou fosforylačních/defosforylačních reakcí,
výměnou guaninových nukleotidů, změnami konformací atd.
Biochemie-12-1-prenost_signalu 45


-S-S-
-S-S-


-S-SDimerní
struktura
Vazebné místo pro insulin na - podjednotkách
Tyrosinkinázová aktivita na -podjednotkách
Insulinový receptor
Navázání insulinu na receptor  tyrosinkinázová aktivita
autofosforylace -podjednotek a fosforylace proteinů IRS 1-4
(insulin receptor substrates 1-4)


-S-S-
-S-S-


-S-S-
Insulin
-P-P P-P-
IRS1-4
IRS1-4 -P
vazba PI-3-kinázy na membránu
aktivace fosfoproteinfosfatázy-1
aktivace Ras – exprese genů
Po vazbě
insulinu na
receptor
dochází k
internalizaci
komplexu
hormon
receptor,
receptory
jsou částečně
recyklovány
Biochemie-12-1-prenost_signalu 46
Některé signální dráhy insulinu
http://www.abcam.com/index.html?pageconfig=resource&rid=10602&pid=7
Biochemie-12-1-prenost_signalu 47
Substráty insulinového receptoru IRS1-4 jsou adaptorové proteiny.
Jsou-li komplexem insulin-receptor fosforylovány, navazují se na další
proteiny a aktivují je tak.
Syntéza glykogenu
Fosforylace IRS aktivuje regulační
podjednotku PI-3 kinázy
Katalytická podjednotka PI-3 kinázy
fosforyluje PIP2 na PIP3
PIP3 aktivuje proteinkinázu B (AKT)
Aktivaci PKB (AKT) napomáhá PDK
Aktivovaná AKT difunduje do
cytoplazmy a foforyluje (inaktivuje)
glykogensynthasa kinázu
Syntéza glykogenu je aktivována
(aktivní je defosforylovaná forma
glykogensyntázy)
Translokace glukosových transportérů
Insulinový receptor fosforyluje CbI (IRS)
Komplex CbI-CAP se translokuje do
lipidového raftu v membráně
CbI reaguje s adaptorovým proteinemCrk
Crk asociován s C3G
C3G aktivuje TC10 (G-protein)
Aktivuje translokaci transportérů do
plasmatické membrány
Příklady mechanismu účinku insulinového receptoru
Biochemie-12-1-prenost_signalu 48
Receptor pro epidermální růstový faktor EGF
Po navázání ligandu dochází k dimerizaci receptorů
R R
R R
-P
-PPP-
SoS
Ras–GTP
Raf
fosforylační
Kaskáda MAP
fosforylace
Tím se aktivuje tyrosinkinasová aktivita v cytoplazmatické doméně.
Autofosforylace receptoru
Na fosforylovaná místa se váží adapterové proteiny Grb2 (SH-2 domény).
Prostřednictvím proteinu SOS je aktivován G-protein Ras aktivace MAP-kinasové
kaskády (Ras/MAP-kaskáda)
Receptor s tyrosinkinasovou aktivitou
Biochemie-12-1-prenost_signalu 49
Ras je monomerní G-protein (strukturní analog
-podjednotky)
SoS
Aktivace Ras - klíčový krok při přenosu signálu.
Inaktivní Ras-GDP přechází na aktivní Ras –GTP, který aktivuje
další člen dráhy.
Inaktivace Ras - následná hydrolýza GTP pomocí proteinů
aktivujících GTPasovou aktivitu G-proteinu
Monomerní G-protein - váže GTP a současně má
GTPasovou aktivitu. Aktivuje se vazbou GTP místo GDP
Biochemie-12-1-prenost_signalu 50
Superrodina Ras proteinů
5 rodin: Ras, Rho, Arf, Rab, Ran
Zakotveny k lipidové membráně pomocí lipidových
kotev (myristoyl, farnesyl)
Monomerní G-proteiny, které hrají důležitou roli při
regulaci růstu, morfogeneze, buněčné motility,
cytokineze apod.
Mutace v genech Ras navozují patologickou
proliferaci a antiapoptózu. Mutace Ras se vyskytují
asi u 30 % všech lidských karcinomù.
Biochemie-12-1-prenost_signalu 51
MAP-kinázová signální dráha (Mitogen activated protein kinase)
Map-kinasová kaskáda
Ras–GTP
MAP-kinase-kinase-kinase
MAP-kinase-kinase
MAP-kinase
Fosforylace
cytosolových nebo
membránových
proteinů
Fosforylace regulačních proteinů v
jádře, podpora proliferace (např.
aktivace transkripčních faktorů Jun,
Fos)
ATP
ATP
ATP
ADP
P
ADP
ADP
ADP
ATP
P
P
MAPKKK, Raf
Především
reguluje buněčný růst a
diferenciaci.
MEK
ERK
Popsány 3 systémy, nejznámější ERK.
Biochemie-12-1-prenost_signalu 52
Zkratka Název Funkce
PDGF Růstový faktor odvozený
z destiček
mitogen pro buňky pojivové tkáně
a nediferencovanou neuroglii
EGF Epidermální růstový
faktor
mitogen řady buněk
ektodermálního a mesodermálního
původu
FGF-2 Fibroblastový růstový
faktor 2
Mitogen pro řadu buněk jako
fibroblasty, endotelové buňky,
myoblasty; indukuje embryonální
mesoderm
IL-2 Interleukin 2 Mitogen pro T-lymfocyty
Mitogeny - růstové faktory podporující proliferaci
Příklady mitogenů:
Biochemie-12-1-prenost_signalu 53
Receptory se serin/threonin kinázovou aktivitou
Ligandem je např. transformující růstový faktor- (TGF- )
Po navázání ligandu receptory dimerizují a aktivuje se serin/threonin
kinázová aktivita v příslušných doménách
Jedna aktivní podjednotka fosforyluje partnerskou podjednotku v
katalytickém místě
Fosforylovaná partnerská podjednotka fosforyluje cytoplazmatické
proteiny SMAD
Proteiny SMAD se fosforylací aktivují a vytváří dimery s dalšími SMAD
proteiny
Translokace do jádra, kde interagují s dalšími rgulačními proteiny
P
P
P
P
Migrace do
jádra
SMAD
SMAD
Biochemie-12-1-prenost_signalu 54
Receptory aktivující nereceptorové tyrosinkinázy
ligand
dimerizace
–PSTAT
STATSTAT
JAK-STAT receptory (Janus Kinase – Signal Transducer and Activator of Transcription)
Receptor nemá kinasovou aktivitu, ale je asociován s tyrosinkinasou JAK.
Po navázaní ligandu receptory dimerizují (homodimery nebo heterodimery)
Aktivované JAKs fosforylují tyrosinové zbytky na receptoru.
Na fosforylovaná místa se vážou adaptorové proteiny STAT (pomocí SH2 domény)
STAT jsou fosforylovány a dimerizují.
Dimery STAT translokují do jádra, kde působí jako transkripční faktory
–P STAT
–PSTAT
Biochemie-12-1-prenost_signalu 55
JAK-STAT receptory – rodina receptorů pro
*cytokiny (např.interferony, interleukiny)
Různorodé účinky cytokinů jsou způsobeny existencí velkého
množství STAT proteinů
Receptory pro různé cytokiny vážou různé STAT, které vytváří
heterodimery v různých kombinacích
Tak je umožněno, že různé cytokiny ovlivňují různé geny
Receptory kooperující s JAK-STAT mají také prolaktin,
erythropoetin ad.
*Cytokiny – malé signální proteiny, účastnící se významně imunitní odpovědi. Jsou produkovány
buňkami imunitního systému (makrofágy, T-lymfocyty atd.) a jsou schopné navodit například rychlé
dělení a diferenciaci určitých typů buněk, které se účastní boje proti patogenům a další rysy
imunitní obrany
Biochemie-12-1-prenost_signalu 56
Regulace membránových receptorů
Regulace změnou počtu receptorů (down
regulace, up regulace)
Regulace vlastnosti
receptoru (desenzitizace)
Př.: desenzitizace - adrenergního receptoru
Po navázání ligandu na receptor se aktivuje BARK (-adrenergní receptor kinasa)
V cytoplazmatické části receptorové molekuly dochází k fosforylaci
Na fosforylované místo se váže bílkovina arrestin, který inhibuje schopnost
aktivovat G-protein