Системы вторичных посредников

Вторичные посредники — это малые внутриклеточные молекулы, которые передают и усиливают сигналы, полученные на поверхности клетки, преобразуя активацию рецепторов в широкомасштабные химические изменения внутри клетки.

Definition

Вторичный посредник — это малая внутриклеточная сигнальная молекула, концентрация которой возрастает в ответ на активацию рецептора и которая передает сигнал путем активации нижестоящих эффекторов; системы вторичных посредников — это пути, построенные вокруг них.

Scope

Эта тема охватывает основные вторичные посредники — циклический АМФ и циклический ГМФ, ионы кальция и продукты гидролиза фосфоинозитидов — их генерацию и удаление, а также активируемые ими нижестоящие ферменты, такие как протеинкиназы, иллюстрируя усиление и интеграцию сигнала.

Core questions

• Как образуется циклический АМФ и что он активирует?
• Почему ионы кальция являются эффективными вторичными посредниками?
• Как гидролиз фосфоинозитидов генерирует два посредника одновременно?
• Как поддерживается транзиторность уровней вторичных посредников?

Key theories

Циклический АМФ как вторичный посредник

Сазерленд показал, что связывание гормона повышает внутриклеточный циклический АМФ, который активирует нижестоящие киназы, устанавливая парадигму, согласно которой поверхностный сигнал передается диффундирующей малой молекулой.

Фосфоинозитидная сигнализация

Берридж и Ирвин показали, что гидролиз мембранного фосфолипида дает инозитолтрифосфат и диацилглицерол, два посредника, которые высвобождают кальций и активируют протеинкиназу С, разветвляя один сигнал на две ветви.

Mechanisms

Аденилатциклаза превращает АТФ в циклический АМФ, который активирует протеинкиназу А; фосфодиэстеразы деградируют циклический АМФ, чтобы завершить сигнал. Фосфолипаза С расщепляет мембранный фосфоинозитид на инозитолтрифосфат, который открывает кальциевые каналы, и диацилглицерол, который активирует протеинкиназу С. Сам кальций действует через связывающие белки, такие как кальмодулин. В каждой системе генерация уравновешивается быстрым удалением, так что уровни посредников отслеживают входящий сигнал.

Clinical relevance

Химия вторичных посредников демонстрирует усиление и разветвление в молекулярных сетях и является основополагающей для химической биологии. Изложение носит описательный, а не предписывающий характер.

History

Открытие циклического АМФ Сазерлендом открыло эту область; путь фосфоинозитидов был выяснен Берриджем, Ирвином и другими в 1980-х годах, а идентификация Нисидзукой протеинкиназы С связала диацилглицерол с нижестоящим фосфорилированием.

Key figures

• Earl Sutherland
• Michael Berridge
• Yasutomi Nishizuka

Seminal works

• sutherland1972
• berridge1984
• nelson2021

Frequently asked questions

Почему вторичные посредники полезны?

Они позволяют сигналу, действующему на поверхности клетки, быстро распространяться по всей клетке и усиливаться, поскольку один активированный фермент может генерировать множество молекул-посредников, каждая из которых активирует дальнейшие эффекторы.

Как кальций служит сигналом, если он всегда присутствует?

Клетки поддерживают очень низкий уровень цитозольного кальция в состоянии покоя, поэтому регулируемое повышение производит резкий, транзиторный сигнал, который обнаруживают связывающие белки, после чего насосы восстанавливают низкий уровень покоя.