Клеточная физиология. Электрофизиология.: Часть 1

Видео

Конспект

Клетки нашего организма постоянно вынуждены приспосабливаться к меняющимся условиям их окружения. Для этого им необходимо реагировать на различные стимулы, к которым можно отнести практически любое воздействие извне на живую клетку. Стимулы делятся на две большие группы: химические и физические. К химическим стимулам относят любые химические молекулы, вызывающие физиологические реакции - например, нейромедиаторы, гормоны, адоранты (запаховые вещества). Они воздействуют на специфические рецепторы - белковые структуры на мембране или внутри клетки и вызывают биохимическую реакцию. К физическим стимулам относят свет (на него реагируют фоторецепторы сетчатки - палочки и колбочки), температура (реагируют нейроны гипоталамуса), давление (реагируют клетки, обладающие механорецепторами), и электрические сигналы (реагируют возбудимые ткани - нервная, мышечная, железистая).

Рецепторы бывают двух типов по типу локализации (расположения внутри клетки): ядерные и мембранные. Ядерные рецепторы находятся в цитоплазме или кариоплазме, и реагируют на липофильные маленькие молекулы, проникающие свободно через липидные слои (например, половыми гормонамы, тироксин), Эти рецепторы представляют из себя транскрипционные факторы - эти белки способные взаимодействовать с ДНК и регулировать скорость экспрессии отдельных генов. Это, в свою очередь, приводит к изменению содержания определенного, закодированного в этом гене, белка. Мембранные рецепторы встроены в клеточную мембрану, имеют внеклеточную часть (связывает леганд), трансмембранную часть (закрепляет рецептор в мембране) и внутриклеточную часть (запускает каскады вторичных посредников). Среди мембранных рецепторов можно выделить несколько крупных групп. Ионотропные рецепторы представляют собой ионные каналы, открывающиеся при связывании с легандом. Пример - никотиновый ацетилхолиновый рецептор ( N -холинорецептор), который в отсутствии ацетилхолина закрыт. При его связывании канал открывается, и ионы Na^{+} и Ca^{2+} проникают внутрь клетки, вызывая деполяризацию. Это важно для возбуждения мышечных клеток и дальнейшего запуска их сокращения. Метаботропные рецепторы с собственной киназной активностью имеют собственную ферментативную активность. В отсутствии лиганда они находятся в мономерной форме. При связывании с лигандом происходит димеризация - объединение двух субъединиц. Это активирует киназы, связанные с внутриклеточными частями рецептора. Киназы - группа ферментов, фосфорилирующих белки, что приводит к изменению их конформации и, соответственно, корректировке выполняемых ими задач. Пример рецепторов с собственной киназной активностью рецепторы, участвующие в иммунных реакциях - рецепторы, связанные с Янус-киназой.

Очень большая и широко распространенная группа рецепторов - рецепторы, сопряженные с G-белками (G-protein coupled receptors), или GPCR. Представители этой группы имеют схожие элементы строения - они обладают 7 трансмембранными сегментами, при этом N-конец белка находится во внеклеточной среде, а C-конец - во внутриклеточной. Линкер, соединяющий 5 и 6 трансмембранные сегменты, участвует в связывании рецептора с G-белками. Эти белки представляют из себя гетеротримеры и состоят из \alpha -, \beta - и \gamma -субъединиц, при этом в физиологических условиях \beta- и \gamma - субъединицы всегда находятся в связанном состоянии. \alpha - и \gamma -субъединицы при этом имеют участки, закрепляющие их в мембране. В спокойном состоянии \alpha -субъединица связана с GDP. При активации рецептора (связывании с ним соответствующего лиганда) GDP заменяется на GTP, и G-белок распадается на \alpha -субъединицу и комплекс из \beta - и \gamma - субъединицы. Оба фрагмента G-белка могут запускать различные каскады химических реакций, вызывая ярко выраженный клеточный ответ. Основные эффекты активации GPCR все-таки связаны с работой \alpha -субъединицы, разновидностей которой существует великое множество, но нас будет интересовать только несколько ее типов:

\alpha s (стимулирует аденилатциклазу): повышает уровень цАМФ, активирует протеинкиназу А, влияет на каналы и мышечное сокращение;

\alpha і (ингибирует аденилатциклазу): снижает цАМФ, уменьшает активность РКА и силу сокращения;

\alpha q (активирует фосфолипазу C): расщепляет PIP2 на DAG и IP3, которые запускают выброс кальция из ЭПР и активируют внутриклеточные процессы.

Эти три типа \alpha -субъединиц регулируют два каскада химических реакций аденилатциклазный и фосфатидилинозитольный.