Презентация "Регуляторные системы клетки" по биологии – проект, доклад

Регуляторные системы клетки

В процессе жизнедеятельности клетка постоянно получает различные сигналы из вне: в результате чего она изменяет свой метаболизм, форму, двигается, делится или передает это сигнал другим клеткам. Для того, чтобы не происходило сбоев в работе самой клетки и в процессах общения между клетками, в клетке существуют регуляторные системы - это своеобразные «переводчики», обеспечивающие перевод сигнала с «межклеточного языка» на «язык клетки». Этот «язык» работает в клетке и в обычных условиях, а в случае поступления сигнала – ускоряется или замедляется.

В клетке существует довольно ограниченное количество таких универсальных регуляторов. К ним относятся: циклические нуклеотиды - цАМФ, цГМФ, цАДФ-рибоза некоторые производные фосфолипидов – фосфоинозиты, сфинголипиды Са²⁺ некоторые другие низкомолекулярные соединения. Как правило, в состоянии покоя концентрация этих веществ в клетке очень мала. Определенные внешние и внутриклеточные сигналы могут приводить к кратковременному изменению концентрации этих сигнальных молекул. В ответ происходит лавинообразная активация ферментативных систем и клетка адекватно реагирует на сигнал. Специальные системы быстро убирают сигнальные молекулы, которые или разрушаются или выбрасываются из клетки и клетка возвращается в исходное состояние.

Широко распространенной и наиболее универсальной регуляторной системой является система, связанная с Са²+

Функции Са2+ в клетке: Регуляция роста и развития Регуляция объема клетки Регуляция секреции Регуляция транспорта веществ Регуляция сборки и разборки цитоскелета Изменение «жидкостности» цитоплазмы Сокращение мышечных волокон Движение клеток

Общая схема работы Са2+ в клетке

В состоянии покоя концентрация Са²⁺ в клетке всего 10 ¯7 ~ 10 ¯6 М, тогда как в окружающей среде 3• 10¯³ М. Любое увеличение концентрации воспринимается клеткой как сильный сигнал. Увеличение концентрации Са2+ Са2+ взаимодействует со специальными Cа-связывающими белками (СаСБ) СаСБ изменяют свою конформацию и оказываются способными влиять на многочисленные процессы Реакция клетки (регуляция клеточного цикла; активность внутриклеточных ферментов; состояние цитоскелета; регуляция транскрипции; апоптоз и др.) Все транспортные регуляторные системы мобилизуются на удаление Cа2+ (т.к. увеличение его концентрации является для клетки сигналом «тревоги») Из-за падения концентрации Са2+ в цитоплазме происходит диссоциация Са2+ из комплекса с СаСБ Клетка переходит в состояние покоя.

Пути поступления Са2+ в клетку

I Прямой Хемочуствительные каналы. Открываются в результате специфического взаимодействия поверхностных рецепторов с гормонами - Са2+ устремляется в клетку. Са²⁺-механочувствительные каналы активируются при увеличении объема клетки. Примером может служить процесс перекачивания крови по артериям. Во время кровообращения растягиваются клетки артерий и активируются Са²⁺ -механочувствительные каналы гладкомышечных клеток сосудов. Са²⁺ входит в клетки и осуществляется Са²⁺-зависимое сокращение, увеличивается тонус для того, чтобы прокачать кровь с толчком, с усилием. II Через систему внутриклеточных посредников Инозитолтрифосфтный путь (IP3-путь) Работа IP3 рецептора. На поверхности клеток располагаются рецепторы, способные специфически взаимодействовать с гормонами. Гормоны взаимодействуя с рецепторами, активируют специальный фермент – фосфолипазу С, которая осуществляет гидролиз мембранного фосфолипида (фосфоинозитол-4,5-фосфата) с образованием фосфорилированного спирта – инозитол-трифосфата (IP3), который выполняет функцию внутриклеточного посредника Са²⁺. IP3 связывается со специфическим рецептором на поверхности ЭПС и открывает каналы для выхода Са²⁺ из цистерн ретикулума в цитоплазму, увеличивая его концентрацию.

IP3-путь

Пути удаления Са2+ из цитоплазмы клетки

Системы, удаляющие Са2+ из клетки встроены в мембраны. Эти каналы активируются при увеличении концентрации Са2+ в цитоплазме клетки и работают на восстановление исходной низкой концентрации Са2+. I. Системы, встроенные в наружную мембрану Са²⁺-АТФ-аза наружной мембраны- представляет собой насос, выкачивающий 2 Са²⁺ против градиента концентрации из клетки в среду за счет гидролиза АТФ; Na+-Ca2+- обменник. Обменивает внутриклеточный Са2+ на внеклеточный Na+. II. Системы, встроенные во внутриклеточные мембраны Для везикул, митохондрий, лизосом и других внутриклеточных депо работает Са²⁺/Н⁺ - обменник, который перекачивает Са²⁺ из цитоплазмы клетки внутрь органоидов. Са²⁺-АТФ-аза мембраны ЭПС откачивает Са²⁺ из цитоплазмы и накапливает его в цистернах ретикулума за счет гидролиза АТФ. Полагают, что Са²⁺-АТФ-аза является основным каналом, участвующим в обеспечении спонтанных циклических изменений концентрации Са²⁺ в клетке.

Работа Са²⁺-АТФ-азы

Связывание 2-х молекул Ca2+ с центром связывания Ca – АТФ – азы. Связывание одной молекулы АТФ. Связывание происходит в комплексе с Mg2+ Образуется комплекс: фермент Ca-АТФ-аза+АТФ+Mg2+ = ФАМ). Гидролиз АТФ в комплексе ФАМ Фосфорилирование фермента. Высвободившаяся Е идет на перенос Са2+. (В нефосфорилированном состоянии Са-связывающие центры АТФ-азы доступны только с внешней стороны. После фосфорилирования центры связывания в ходе изменения конформации белка переносятся на внутреннюю поверхность). Высвобождение Са2+ Гидролиз комплекса ФАМ (дефосфорилирование магниевого комплекса с ферментом) Конформация снова меняетсяцентры связывания с Са2+ снова переносятся наружу Цикл работы фермента замыкается

Са-связывающие белки

СаСБ имеют в своей структуре специальные участки связывания с Са2+. В зависимости от того, сколько Са²⁺ -связывающих центров содержат СаСБ , можно выделить несколько групп СаСБ Классификация СаСБ: СаСБ с 2 центрами связывания СаСБ с 3 центрами связывания СаСБ с 4 центрами связывания СаСБ с 6 центрами связывания (Характеристику групп см.вТабл.)

Роль кальмодулина в клетке

Кальмодулин широко распространен и встречается в клетках животных, растений и грибов. Взаимодействуя с Са2+, изменяет свою конформацию и способен регулировать более 30 различных процессов в результате влияния на активность белков-мишеней. Функции кальмодулина В качестве мишеней могут выступать ферменты, вовлеченные в метаболизм циклических нуклеотидов (цАМФ и цГМФ). При этом кальмодулин способен влиять как на активность ферментов, участвующих в синтезе цАМФ и цГМФ (аденилатциклаза,NO – синтаза), так и на активность ферментов, разрушающих циклические нуклеотиды (фосфодиэстеразы). Влияет на работу протеинкиназ, участвующих в фосфорилировании (переносе остатка фосфорной кислоты с АТФ) белов, изменяя их структуру и последующую активность Влияют на работу протеинфосфатаз (являются антагонистами протеинкиназ-дефосфорилируют белки). Может регулировать активность белков цитоскелета, связанных с микротрубочками и микрофиламентами. Таким образом, кальмодулин может оказывать влияние на процессы экзо- и эндоцитоза, а также на перемещение органелл внутри клетки или изменние формы клетки. Способен взаимодействовать и активировать функционирование Са²⁺- АТФ-азы, что приводит к удалению Са2+ из цитоплазмы.

Гормональная регуляция содержания Са2+ в организме

Гормональная регуляция обмена Са2+ в организме осуществляется гормоном щитовидной железы - кальцитонин . Данный гормон обнаруживается в разных органах: аорте, аденогипофизе, надпочечниках, матке, сердце, эпителии дыхательных путей, нервной системе. Гиперкальцемия является мощным фактором по запуску секреции кальцитонина. Кальцитонин подавляет аппетит и жажду, ограничивая поступление Са²⁺ в организм.

Спасибо за внимание!