10. Struktury signalnich komplexu

Struktura a funkce biomakromolekul
KBC/BPOL
10. Struktury signálních komplexů
Ivo Frébort
Typy hormonů

Steroidní hormony – deriváty cholesterolu, regulují
metabolismus, osmotickou rovnováhu, sexuální funkce

Deriváty aminokyselin – epinephrin - regulují kontrakci
hladkého svalstva, krevní tlak, srdeční rytmus, lipolýzu,
štěpení glykogenu

Peptidové hormony – regulují mnoho různých procesů,
včetně uvolňování dalších hormonů
Působení hormonů
Second messengers
Typy membránových receptorů

7-transmembránových segmentů (7-TMS)
- extracelulární místo pro vazbu hormonu
- intracelulární místo pro vazbu G-proteinu

1-transmembránový segment (1-TMS)
- extracelulární místo pro vazbu hormonu
- intracelulární katalytická doména - tyrosinkinasa
nebo guanylylcyklasa

Oligomerní iontové kanály
- Regulují průchod iontů
7-TMS receptory
7-TMS receptory adrenalinových hormonů
Komplex epinephrinu a β2-adrenalinového receptoru
G-proteiny

Vazba hormonu na membránový receptor vyvolá disociaci
GDP a vazbu GTP na podjednotku G-proteinu

Komplex G-protein/GTP působí jako aktivátor nebo
inhibitor efektoru

Efektory: Adenylátcyklasa, K+ a Ca2+ kanálky, fosfolipasy,
receptor kinasy

GTPasová aktivita G-proteinu – časově omezený signál
1) Heterotrimerní G-proteiny: 3 podjednotky
- G-GTP komplex disociuje od G a migruje do místa
efektoru
- G také funguje jako přenašeč signálu
2) Malé G-proteiny: ras, rac, rho, 1 podjednotka
Aktivace heterotrimerního G-proteinu



GEF

(ligand-bound
receptor)


“OFF”
“ON”
GAP (RGS)


Struktura heterotrimerního G-proteinu
GTP-přepínač struktury (GTP-switch)
Aktivace adenylátcyklasy Gα-proteinem



Adenylátcyklasa
Součinnost receptorů adrenalinových hormonů a G-proteinů
Cyklus malého G-proteinu Ras
GEF
(activated by signal)
“ON”
“OFF”
GAP
efektor
GEF: GTP exchange factor
GAP: GTPase activating protein
Ras protein
poprvé nalezen u „rat sarcoma“ viru
řídí růstovou a metabolickou aktivitu
mutantní forma (onkogen) má nízkou GTPasovou
aktivitu - signál působí příliš dlouhou dobu - růst nádoru
1-TMS receptory
Protein-tyrosin fosfatasy (PTPasy)

1-TMS proteiny
- Cytoplasmatická katalytická doména, 1xTMS,
mimobuněčné receptorové místo

Cytoplasmatické PTPasy
- N-koncová katalytická doména, C-koncová regulační
doména
- Receptory steroidních hormonů, second mesengers,
signální kaskády
PTPasy
1-TMS guanylylcyklasy – receptory peptidových hormonů
Cytoplasmatické guanylylcyklasy – receptory NO
NO
-Neurotransmiter
-Second messenger
Iontové kanály
- např. neurony
Second Messengers

Second messenger – malá molekula, která přenáší signál
tak že se váže na protein signální dráhy – obvykle
proteinkinasu

Je uvolněn, když se hormon váže na odpovídající
extracelulární receptor

Second messenger potom aktivuje nebo inhibuje procesy
v cytoplasmě nebo jádře

Hlavní typy:
- cAMP, cGMP
- Ca2+
- inositoltrifosfát (IP3)
- diacylglycerol (vazebné místo na membráně)
Tvorba a přeměna cAMP
cAMP-dependentní proteinkinasy
Příklad signální kaskády za využití cAMP
Protein fosfatasy/kinasy
- Ser/Thr
- Tyr
- Dvojitá specificita
- His
Zesilování signálu v signální kaskádě
Signální dráhy:
od receptoru v membráně
až k transkripci DNA
http://www.bio.davidson.edu/courses/Immunology/Flash/MAPK.html
Second messengers odvozené od fosfatidylinositolu

Fosfolipasy C (PLC) uvolňují IP3 and diacylglycerol (DAG)

PLC je aktivována 7-TMS receptorem a G-proteiny

PLC je aktivována receptor tyrosinkinasou (prostřednictvím
fosforylace)
Regulace fosfolipasy C-β prostřednictvím G-proteinu
Second messengers odvozené od fosfolipidů
Ca2+ jako second messenger




Koncentrace Ca2+ v buňce normálně velmi nízká: < 1 μM
Ca2+ může vstupovat do buňky buď zvenčí nebo z ER a
kalciosomů
CICR - Calcium-Induced Calcium Release – obdoba
svalových buněk
Řízeno IP3 (produkován fosfolipasou C)
Uvolňování Ca2+ do buňky
http://www.bio.davidson.edu/courses/Immunology/Flash/IP3.html
Součinnost jednotlivých second mesengers
Receptory steroidních hormonů

Cytoplasmatické receptory

Hydrofobní doména na C-konci, která specificky interaguje
s hormonem

Centrální, hydrofilní doména která se váže na DNA,
homologní pro všechny receptory

9 konzervovaných Cys residuí, 3 páry Cys v Cys-X-X-Cys
motivech - obdoba Zn-finger proteinů

Komplex steroidního hormonu a receptoru se může vázat
přímo na DNA nebo na transkripční faktory

Receptory thyroidních hormonů jsou podobné
Steroidní a thyroidní hormony
Sekvenční homologie receptorů
steroidních a thyroidních hormonů
Působení estrogenu
Extracelulární působení steroidních hormonů