SYGNALIZACJA KOMÓRKOWA

Rodzaje komunikacji

międzykomórkowej:

1. Komunikacja endokrynna

2. Komunikacja parakrynna

3. Komunikacja autokrynna

4. Komunikacja synaptyczna

5. Połączenia szczelinowe

Receptory –

białka transbłonowe lub

wewnątrzkomórkowe

I.

Receptory enzymatyczne (katalityczne)

II. Receptory jonotropowe (działające jako kanały)

III. Receptory metabotropowe [GPCR - G-protein

coupled receptors] - związane z białkiem G

Typy transportu

cząsteczek

Sposoby bramkowania

kanałów

Kotranspo

rt

Receptorowe kanały

jonowe

(zlokalizowane w

plazmolemmie)

Kanały jonowe

(np. zlokalizowane w

ER) otwierane przez

sygnały

wewnątrzkomórkowe

KANAŁY

JONOWE

Otwierane przez

sygnał

zewnątrzkomórko

wy

Otwierane przez przekaźniki

wtórne (tzw. przekaźniki II

rzędowe)

Receptory dla

acetylocholiny

Cholinergiczny receptor nikotynowy

= kanał dla kationów

Ach

Receptory

cholinergiczne

Muskarynow

e

(blokowane

przez

atropinę)

Nikotynowe

(nie

blokowane

przez

atropinę)

Mięśnie

szkieletowe,

mózgowie, narząd

elektryczny węgorza

Mięśnie gładkie,

gruczoły (np.

trzustka), mózgowie

Receptory

metabotropowe

(Białko G => PLC lub

cyklaza adenylowa)

Kanały jonowe

Podjednos

tki:

2 x α, β, γ,

δ

Jad

kobry

Toksyny wpływające na różne receptory dla
acetylocholiny:

• Jad kobry (mieszanina neurotoksyn oraz enzymów
trawiennych; neurotoksyna jest antagonistą acetylocholiny w r.
cholinergicznym nikotynowym)

• Muskaryna (agonista acetylocholiny; r. muskarynowy; wyst. w
muchomorach)

• Kurara (mieszanina pochodzenia roślinnego, zawiera
tubokurarynę i kurarynę; antagonista acetylocholiny; r.
cholinergiczny nikotynowy) – porażenie mięśni oddechowych
(przepona) i innych. [Zalety: przy stosowaniu w polowaniach –
kurara obecna w mięsie nie przedostaje się do organizmu!!!!]

• Nikotyna (agonista acetylocholiny; r. cholinergiczny
nikotynowy)

Hamują przywspółczulną część autonomicznego układu

nerwowego poprzez wiązanie do receptorów dla
acetylocholiny (r. muskarynowy):

1. Atropina (wilcza jagoda łac. Atropa belladonna):

•

zastosowanie w diagnostyce okulistycznej i w
leczeniu zatruć grzybami

•

W postaci wywarów z roślin (lulki i bielunie)
stosowany przez hipisów jako narkotyk

2. Skopolamina (cykuta) (wyst. np. bieluń):

•

Małe dawki = otępienie

•

Duże dawki = majaczenie, dezorientacja,
halucynacje, paraliż i śmierć

•

W latach 50-tych była wykorzystywana przez CIA jako
serum prawdy.

•

Aktualnie może być stosowane w czasie operacji
(pozwala na zapobieganiu arytmii serca)

Wilcza jagoda

Bieluń

dziędzierzawa

Receptor dla insuliny

(aktywnośc kinazy

tyrozynowej)

Domena

wiążąca

insulinę

Domena wiążąca

ATP posiadająca

aktywność kinazy

tyrozynowej

Związanie liganda powoduje
dimeryzację receptora i aktywację
części efektorowej receptora

Receptory enzymatyczne (katalityczne)

Receptory enzymatyczne

(katalityczne)

Kinaza

tyrozynowa

Insulin

a

Dimeryzacja

receptora

Fosforylacja

białek

autofosforyl

acja

Glukoza

Insulina

P

i

P

i

P

i

P

i

IR

S

PI3

K

P

i

PIP3

PIP2

PD

K

PK

B

Wyjaśnienia skrótów:

IRS – Insulin Receptor Substrat; PI3K – fosfatydyloinozytolo 3-kinaza; PDK –
fosfatydyloinozytolo zależna kinaza białkowa; PKB – kinaza białkowa B; PIP2 –
fosfatydyloinozytolo 4,5-bisfosforan; PIP3 - fosfatydyloinozytolo 3,4,5-trifosforan; v-
SNARE – białko endosomu zaangażowane w fuzję błony endosomu i plazmolemmy;
GLUT4 – transporter dla glukozy

Glukoza

Insulina

P

i

P

i

P

i

P

i

Wyjaśnienia skrótów:

IRS – Insulin Receptor Substrat; PI3K – fosfatydyloinozytolo 3-kinaza; PDK –
fosfatydyloinozytolo zależna kinaza białkowa; PKB – kinaza białkowa B; PIP2 –
fosfatydyloinozytolo 4,5-bisfosforan; PIP3 - fosfatydyloinozytolo 3,4,5-trifosforan; v-
SNARE – białko endosomu zaangażowane w fuzję błony endosomu i plazmolemmy;
GLUT4 – transporter dla glukozy

v-SNARE

P

i

Egzocyto

za

GLUT4

Glukoza

Insulina

P

i

P

i

P

i

P

i

Wyjaśnienia skrótów:

IRS – Insulin Receptor Substrat; PI3K – fosfatydyloinozytolo 3-kinaza; PDK –
fosfatydyloinozytolo zależna kinaza białkowa; PKB – kinaza białkowa B; PIP2 –
fosfatydyloinozytolo 4,5-bisfosforan; PIP3 - fosfatydyloinozytolo 3,4,5-trifosforan; v-
SNARE – białko endosomu zaangażowane w fuzję błony endosomu i plazmolemmy;
GLUT4 – transporter dla glukozy

Receptory metabotropowe

[GPCR - G-protein coupled receptors]

– związane z białkiem G

Białko G

α

β

γ

Podjednostka α –

aktywność

GTPazowa

IP

3

DAG

cAMP

PKA

PKC

Ca

2

+

Kompleks α-GTP aktywuje większość

efektorów

Kompleks βγ aktywuje
np.:

•fosfolipazę A

2

(PLA

2

)

•PLC β

2

(smak słodki)

Toksyna cholery

(egzotoksyna –

wydzielana na

zewnątrz bakterii)

5 polipeptydów

dokujących toksynę

na powierzchni

komórki

Cześć efektorowa

(wpływ na białko

G, kowalencyjne

przyłączenie ADP

do α i utrata

aktywności

GTPazowej)

Stale aktywne

białko G

Objawy kliniczne:

biegunka, ból

brzucha

odwodnienie

PRZEKAŹNIKI WTÓRNE

(II rzędowe)

• cAMP – cykliczny AMP
• cGMP - cykliczny GMP

• IP

3

– inozytolo 1,4,5-

trifosforan

• DAG – diacyloglicerol
• Ca

2+

- wapń

cAMP

IP3/DAG (powstają z

fosfolipidów

inozytolowych)

Kofeina i teofilina-

inhibicja degradacji cAMP

cGMP

cGMP – zaangażowany np. w proces

widzenia

Efekty cAMP:

• aktywacja PKA (wiele różnych efektów
fizjologicznych np. hamowanie adsorpcji Na

+

do

komórki (enterocyty), aktywacja szlaku
degradacji glikogenu, aktywacja transkrypcji
etc.)

PKA – Protein kinase A
CRE (cAMP response element) –
palindromowa sekwencja wielu
promotorów (np. geny: VIP, somatostatyna
etc.)
CREB (CRE binding protein)
CBP (CREB binding protein) – koaktywator
P

i

-CREB

ATF-1 (activating transcription factor 1)
CREM (CRE modulator)

PKA

PKA

PKA PKA

cAM

P

cAM

P

cAM

P

cAM

P

PKA

CREB

P

i

ATF-1

P

i

CREM

P

i

CBPCREB

P

i

CRE

Jądro

komórkowe

Cytoplazma

ATF-1 – aktywacja
transkrypcji

CREB – aktywacja
transkrypcji

CREM – aktywacja lub
hamowanie transkrypcji

Aktywacja

(receptor +

ligand)

Transdukcja

przekazywanie i

wzmocnienie

sygnału

(przekaźnik II

rzędu)

Efekty

aktywacji

Aktywacja degradacji glikogenu przez epinefrynę

Choroba Alazchaimera:

1.PKA powoduje

hiperfosforylację białka Tau
(białko wiążące MT)

2.Konsekwencje hiperfosforylacji

Tau:

• Zaburzenie transportu

aksonalnego

• Zaburzenie działania

cytoszkieletu (MT)

• Spadek degradacji Tau i wzrost

tworzenia aglomeratów białka
Tau

R-receptor; PLC-fosfolipaza C; DAG-diacyloglicerol; PKC-

fosfolipaza C; IP

3

-inozytolo 1,4,5-trifosforan; PIP

2

-

fosfatydyloinozytolo 4,5-difisforan

Stężenie jonów wapnia w cytoplazmie
(mięśnia):

• Stan spoczynkowy: 20 – 50 nM
• Stan aktywacji: max. 0,01 mM

Stężenie jonów wapnia w ER: max. 2 mM

Stężenie jonów wapnia na zewnątrz komórki:
ok. 10 mM

Homeostaza

wapniowa

Homeostaza

wapniowa

SERCA

PMCA

NCX

(Drugorzędowy transport

aktywny)

(transport aktywny)

(transport aktywny)

Kompleks kalmodulina – Ca

2+

reguluje:

kinazy i fosfatazy białkowe
enzymy [aktywność i lokalizację] (np. enzymy

przemian węglowodanów)
białka wchodzące w skład cytoszkieletu
uwalnianie neuroprzekaźników

Kalmodulina (białko należące do grupy

CaBP)

1 mol kalmoduliny wiąże 4 mole Ca

2+

Po związaniu co

najmniej 3 jonów Ca

2+

następuje jej aktywacja

Białka zaangażowane w utrzymywanie

odpowiedniego stężenia Ca

2+

w

cytoplazmie:

1. PMCA (

ang. plasma membrane Ca

2+

-

ATPase

) – usuwanie Ca

2+

z cytoplazmy na

zewnątrz

2. NCX (

ang. Na

+

, Ca

2+

-exchanger

) - usuwanie

Ca

2+

z cytoplazmy na zewnątrz

3. SERCA (

ang. Ca

2+

pump of

sarco[endo]plasmic reticulum

)- usuwanie

Ca

2+

z cytoplazmy do ER

4. DHPR (

ang. dihydropyridine receptor

) –

napływ Ca

2+

do cytoplazmy z zewnątrz

(bramowane napięciem)

5. RyR (

ang. ryanodine receptor

) - napływ

Ca

2+

do cytoplazmy z ER

Przykłady hormonów lipofilowych

(rozpuszczalnych w lipidach)
posiadających receptory
wewnątrzkomórkowe:

I.

Hormony steroidowe (pochodne
cholesterolu) np. estrogen, progesteron,
glukokortykoidy, mineralokortykoidy,
androgeny etc.

II. Tyroksyna

III. Kwas retinowy

Wiązanie receptor-hormon:

• w cytoplazmie lub w jądrze
• w przypadku wiązania w cytoplazmie –
przemieszczenie kompleksu receptor-
hormon do jądra

HS

P

R

R

CK

HS

P

R

R

HSP (heat shock proteins) HRE (hormone
response element)
CK – czynniki transkrypcyjne

HRE

R

R

Dimeryzacja

Transkrypcj

a

Jądro

komórkowe

Cytoplazma

Dimery

receptora

hormonu

(cześć

tworząca palce

cynkowe)

DNA

Wybrane czynniki wpływające na rodzaj

odpowiedzi komórkowej:

1. Rodzaj ligandu

2. Rodzaj receptora (na jeden ligand może

przypadać wiele różnych receptorów)

3. Wiele rodzajów białek G

4. Różne białka aktywowane przez

przekaźniki II rzędu

5. Wiele różnych substratów dla białka

efektorowego (np. różne białka
fosforylowane przez PKA)

6. Różne czynniki wewnątrz komórki

(stężenia substratów, inhibitorów etc.)

PODSUMOWANIE