Məlumat

Membran zülallarında daxili simmetriya nədir?

Membran zülallarında daxili simmetriya nədir?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Mən membran zülalları kontekstində "daxili simmetriya" termininə rast gəldim, lakin heç vaxt qənaətbəxş bir tərif tapmadım.

Bu terminin tam olaraq nə demək olduğunu anlamağa çətinlik çəkirəm... Bu simmetriya hansı müstəvidir görüldü? Simmetrik olan dimerlərdir, yoxsa monomer daxili simmetrik də ola bilər?


Bu vəziyyətdə daxili simmetriya zülal strukturunun bir hissəsinin digərinə (təxminən) üst-üstə düşə biləcəyi hallara aiddir. Bu, ciddi riyazi simmetriya deyil, daha çox "oxşarlıq"dır.

Məsələn, 12 transmembran spiral daşıyıcısında ilk altı sarmal ikinci altılığa bənzər şəkildə düzülür ki, zülalı yarıya bölsəniz, iki yarının (təxminən) üst-üstə düşdüyünü görə bilərsiniz.

Bu Nature Micro-nun 3-cü şəkli bunu aydın şəkildə göstərir. http://www.nature.com/articles/nmicrobiol20159 3a-dakı mavi spiralların 180 dərəcə fırlana bildiyi və sonra düzülüşü sarı sarmallara çox bənzədiyi yer.


İnteqral membran zülalı

An inteqral membran zülalı (İMP) bioloji membrana daimi olaraq bağlı olan membran zülalının bir növüdür. Bütün transmembran zülallar İMP-lərdir, lakin bütün İMP-lər transmembran zülalları deyil. [1] İMP-lər orqanizmin genomunda kodlanmış zülalların əhəmiyyətli bir hissəsini təşkil edir. [2] Membrandan keçən zülallar, membran zülalı ilə birbaşa təmasda olan lipidlər kimi təyin olunan həlqəvari lipidlərlə əhatə olunmuşdur. Belə zülalları membranlardan yalnız yuyucu vasitələrdən, qeyri-polyar həlledicilərdən və ya bəzən denaturasiya edən maddələrdən istifadə etməklə ayırmaq olar.


İçindəkilər

Asimmetriya redaktəsi

Lipid iki qatı iki təbəqədən ibarətdir - xarici vərəq və daxili vərəq. [1] Xarici və daxili səthlər arasında asimmetriya yaratmaq üçün iki qatın komponentləri iki səth arasında qeyri-bərabər paylanır. [2] Bu asimmetrik təşkilat hüceyrə siqnalı kimi hüceyrə funksiyaları üçün vacibdir. [3] Bioloji membranın asimmetriyası membranın iki vərəqinin müxtəlif funksiyalarını əks etdirir. [4] Fosfolipid ikiqatının maye membranı modelində göründüyü kimi, membranın xarici vərəqi və daxili vərəqi öz tərkibinə görə asimmetrikdir. Müəyyən zülallar və lipidlər membranın yalnız bir səthində yerləşir, digərində deyil.

• Həm plazma membranının, həm də daxili membranların sitozolik və ekzoplazmatik üzləri var • Bu oriyentasiya membranın daşınması zamanı saxlanılır – ER-nin lümeninə baxan zülallar, lipidlər, qlikokonjuqatlar və Golgi plazma membranının hüceyrədənkənar tərəfində ifadə olunur. Eukaryotik hüceyrələrdə yeni fosfolipidlər endoplazmatik retikulum membranının sitozolla üzbəüz olan hissəsinə bağlanan fermentlər tərəfindən istehsal olunur. [5] Sərbəst yağ turşularını substrat kimi istifadə edən bu fermentlər bütün yeni yaradılmış fosfolipidləri ikiqatlı təbəqənin sitozolik yarısına yerləşdirirlər. Bütövlükdə membranın bərabər şəkildə böyüməsini təmin etmək üçün yeni fosfolipid molekullarının yarısı daha sonra əks monolayerə köçürülməlidir. Bu transfer flippaza adlanan fermentlər tərəfindən kataliz edilir. Plazma membranında flippazlar xüsusi fosfolipidləri seçici şəkildə köçürür, beləliklə, müxtəlif növlər hər bir monolayda cəmləşir. [5]

Selektiv flippazaların istifadəsi lipid iki qatında asimmetriya yaratmağın yeganə yolu deyil. Xüsusilə, glikolipidlər üçün fərqli bir mexanizm fəaliyyət göstərir - heyvan hüceyrələrində ən parlaq və ardıcıl asimmetrik paylanma göstərən lipidlər. [5]

Lipidlərin redaktəsi

Bioloji membran hidrofobik quyruqları və hidrofilik başları olan lipidlərdən ibarətdir. [6] Hidrofobik quyruqlar uzunluğu və doyması hüceyrəni xarakterizə etmək üçün vacib olan karbohidrogen quyruqlarıdır. [7] Lipid salları lipid növləri və zülallar membranda domenlərdə toplaşdıqda baş verir. Bunlar membran komponentlərini siqnal ötürülməsi kimi xüsusi proseslərdə iştirak edən lokallaşdırılmış sahələrə təşkil etməyə kömək edir.

Qırmızı qan hüceyrələri və ya eritrositlər unikal lipid tərkibinə malikdir. Qırmızı qan hüceyrələrinin iki qatı çəki ilə bərabər nisbətdə xolesterin və fosfolipidlərdən ibarətdir. [7] Eritrosit membranı qanın laxtalanmasında mühüm rol oynayır. Qırmızı qan hüceyrələrinin iki qatında fosfatidilserin var. [8] Bu adətən membranın sitoplazmik tərəfində olur. Ancaq qanın laxtalanması zamanı istifadə edilmək üçün xarici membrana çevrilir. [8]

Proteinlər Redaktə edin

Fosfolipid billayerlərində müxtəlif zülallar var. Bu membran zülalları müxtəlif funksiya və xüsusiyyətlərə malikdir və müxtəlif kimyəvi reaksiyaları kataliz edir. İnteqral zülallar membranların hər iki tərəfində müxtəlif sahələrə malikdir. [6] İnteqral zülallar lipid ikiqatlı ilə güclü əlaqə saxlayır və asanlıqla ayrıla bilmirlər. [9] Onlar yalnız membranı pozan kimyəvi müalicə ilə ayrılacaqlar. Periferik zülallar inteqral zülallardan fərqli olaraq ikiqatlı səthlə zəif qarşılıqlı əlaqə saxlayırlar və asanlıqla membrandan ayrıla bilirlər. [6] Periferik zülallar membranın yalnız bir üzündə yerləşir və membran asimmetriyası yaradır.

PLAZMA MEMBRAN ZÜLALLARININ BƏZİ NÜMUNƏLƏRİ VƏ ONLARIN FUNKSİYASI
FUNKSİONAL SINIF ZÜLAL NÜMUNƏSİ XÜSUSİ FUNKSİYA
Nəqliyyatçılar Na+ nasosu Hüceyrələrdən Na+, K+ isə aktiv şəkildə pompalanır
Çapalar inteqrinlər hüceyrədaxili aktin filamentlərini hüceyrədənkənar matris zülallarına bağlayır
Reseptorlar trombositdən qaynaqlanan böyümə faktoru reseptoru hüceyrədənkənar PDGF-ni bağlayır və nəticədə hüceyrənin böyüməsinə və bölünməsinə səbəb olan hüceyrədaxili siqnallar yaradır.
Fermentlər adenilil siklaza Hüceyrədənkənar siqnallara cavab olaraq hüceyrədaxili siqnal molekulunun siklik AMP istehsalını katalizləyir.

Oliqosakaridlər Redaktə edin

Oliqosakaridlər şəkər tərkibli polimerlərdir. Membranda onlar qlikolipidlər əmələ gətirmək üçün lipidlərə kovalent şəkildə bağlana və ya qlikoproteinlər əmələ gətirmək üçün zülallara kovalent bağlana bilərlər. Membranlarda qlikolipidlər kimi tanınan şəkər tərkibli lipid molekulları var. İki qatda qlikolipidlərin şəkər qrupları hüceyrə səthində ifşa olunur, burada hidrogen bağları yarada bilirlər. [9] Qlikolipidlər lipid iki qatında asimmetriyanın ən ekstremal nümunəsini təqdim edir. [10] Qlikolipidlər bioloji membranda hüceyrənin tanınması və hüceyrə-hüceyrə yapışması da daxil olmaqla, əsasən kommunikativ funksiyaları yerinə yetirir. Qlikoproteinlər ayrılmaz zülallardır. [2] İmmunitet reaksiyası və qorunmasında mühüm rol oynayırlar. [11]

Fosfolipid ikiqatlı membran lipidlərinin sulu məhlullarda birləşməsi nəticəsində əmələ gəlir. [4] Aqreqasiya hidrofobik ucların bir-biri ilə təmasda olduğu və sudan ayrıldığı hidrofobik effektdən qaynaqlanır. [6] Bu tənzimləmə hidrofilik başlıqlar və su arasında hidrogen bağını maksimum dərəcədə artırır, eyni zamanda hidrofobik quyruqlar və su arasında əlverişsiz təması minimuma endirir. [10] Mövcud hidrogen bağının artması sistemin entropiyasını artırır və spontan proses yaradır.

Bioloji molekullar amfifilik və ya amfipatikdir, yəni eyni zamanda hidrofobik və hidrofilikdir. [6] Fosfolipid iki qatında qütb suyu ilə qarşılıqlı əlaqədə olan yüklü hidrofilik baş qrupları var. Qatlarda həmçinin tamamlayıcı təbəqənin hidrofobik quyruqları ilə qarşılaşan hidrofobik quyruqlar var. Hidrofobik quyruqlar adətən uzunluqları ilə fərqlənən yağ turşularıdır. [10] Lipidlərin, xüsusən də hidrofobik quyruqların qarşılıqlı təsiri, axıcılıq kimi lipid iki qatının fiziki xüsusiyyətlərini müəyyən edir.

Hüceyrələrdəki membranlar adətən hüceyrələrin xaricdən fərqli kimyəvi və ya biokimyəvi mühiti saxlaya bildiyi qapalı məkanları və ya bölmələri müəyyən edir. Məsələn, peroksisomların ətrafındakı membran hüceyrənin qalan hissəsini peroksidlərdən, hüceyrə üçün zəhərli ola bilən kimyəvi maddələrdən qoruyur və hüceyrə membranı hüceyrəni ətraf mühitdən ayırır. Peroksizomlar hüceyrədə kimyəvi reaksiyaların əlavə məhsullarını ehtiva edən hüceyrədə tapılan vakuolun bir formasıdır. Əksər orqanoidlər belə membranlarla müəyyən edilir və "membranla əlaqəli" orqanoidlər adlanır.

Seçici keçiricilik Redaktə edin

Yəqin ki, biomembranın ən mühüm xüsusiyyəti onun seçici keçirici struktur olmasıdır. Bu o deməkdir ki, onu keçməyə çalışan atomların və molekulların ölçüsü, yükü və digər kimyəvi xassələri onların bunu bacarıb-bağlamayacağını müəyyən edəcək. Seçici keçiricilik hüceyrənin və ya orqanellin ətraf mühitdən effektiv şəkildə ayrılması üçün vacibdir. Bioloji membranlar həmçinin müəyyən mexaniki və ya elastik xüsusiyyətlərə malikdirlər ki, bu da onların formasını dəyişdirməyə və tələb olunduqda hərəkət etməyə imkan verir.

Ümumiyyətlə, kiçik hidrofobik molekullar sadə diffuziya yolu ilə fosfolipid iki qatını asanlıqla keçə bilirlər. [12]

Hüceyrə funksiyası üçün lazım olan, lakin membrandan sərbəst şəkildə yayıla bilməyən hissəciklər membran daşıyıcı zülal vasitəsilə daxil olur və ya endositoz yolu ilə daxil olur, burada membran vakuolun ona qoşulmasına və içindəkiləri hüceyrəyə itələməsinə imkan verir. İxtisaslaşmış plazma membranlarının bir çox növləri hüceyrəni xarici mühitdən ayıra bilir: apikal, bazolateral, presinaptik və postsinaptik membranlar, bayraq, kirpiklər, mikrovillus, filopodiya və lamellipodiya membranları, əzələ hüceyrələrinin sarkolemması, həmçinin onurğanın xüsusi miyelin və dendritik membranları. neyronlar. Plazma membranları həmçinin kaveolalar, postsinaptik sıxlıq, podosom, invadopodium, desmosom, hemidesmosom, fokal yapışma və hüceyrə birləşmələri kimi müxtəlif növ "supramembran" strukturları yarada bilər. Bu tip membranlar lipid və protein tərkibində fərqlənir.

Membranların fərqli növləri də hüceyrədaxili orqanoidlər yaradır: endosom hamar və kobud endoplazmatik retikulum sarkoplazmatik retikulum Qolci aparatı lizosom mitoxondri (daxili və xarici membranlar) nüvə (daxili və xarici membranlar) peroksisom vakuol sitoplazmatik qranullar, veziqosomlu hüceyrələr, veziqosomlar, veziqosomlar. COPI ilə örtülmüş və COPII ilə örtülmüş veziküllər) və ifrazat vezikülləri (sinaptosom, akrozomlar, melanosomlar və xromafin qranulları daxil olmaqla). Bioloji membranların müxtəlif növləri müxtəlif lipid və protein tərkiblərinə malikdir. Membranların tərkibi onların fiziki və bioloji xüsusiyyətlərini müəyyənləşdirir. Membranların bəzi komponentləri dərmanları hüceyrədən çıxaran axın nasosları kimi tibbdə əsas rol oynayır.

Akışkanlıq Redaktəsi

Fosfolipid ikiqatının hidrofobik nüvəsi lipid quyruqlarının bağları ətrafında fırlanmalar səbəbindən daim hərəkətdədir. [13] İkiqatlının hidrofobik quyruqları əyilir və bir-birinə bağlanır. Bununla belə, su ilə hidrogen bağlanması səbəbindən hidrofilik baş qrupları fırlanma və hərəkətlilik məhdud olduğundan daha az hərəkət nümayiş etdirirlər. [13] Bu, hidrofilik başlıqlara daha yaxın olan lipid ikiqatının özlülüyünün artması ilə nəticələnir. [6]

Keçid temperaturunun altında, yüksək mobil lipidlər daha az hərəkət nümayiş etdirdikdə, bir lipid iki qatı axıcılığını itirir və gel kimi bərk hala gəlir. [14] Keçid temperaturu lipid ikiqatının karbohidrogen zəncirinin uzunluğu və onun yağ turşularının doyması kimi komponentlərindən asılıdır. Temperaturdan asılı axıcılıq bakteriyalar və soyuqqanlı orqanizmlər üçün mühüm fizioloji atributdur. Bu orqanizmlər müxtəlif temperaturlara uyğun olaraq membranın lipid yağ turşusunun tərkibini dəyişdirərək sabit axıcılıq saxlayırlar. [6]

Heyvan hüceyrələrində membranın axıcılığı sterol xolesterinin daxil edilməsi ilə tənzimlənir. Bu molekul plazma membranında xüsusilə böyük miqdarda mövcuddur, burada çəki ilə membrandakı lipidlərin təxminən 20% -ni təşkil edir. Xolesterol molekulları qısa və sərt olduğundan, doymamış karbohidrogen quyruqlarında bükülmələrin buraxdığı qonşu fosfolipid molekulları arasındakı boşluqları doldururlar. Bu şəkildə, xolesterin iki qatı sərtləşdirməyə meyllidir, onu daha sərt və daha az keçirici edir. [5]

Bütün hüceyrələr üçün membranın axıcılığı bir çox səbəblərə görə vacibdir. O, membran zülallarının ikiqatlı müstəvidə sürətlə yayılmasına və bir-biri ilə qarşılıqlı əlaqədə olmasına imkan verir, məsələn, hüceyrə siqnalında çox vacibdir. Bu, membran lipidlərinin və zülalların sintez edildikdən sonra ikiqatlıya daxil olduqları yerlərdən hüceyrənin digər bölgələrinə yayılmasına imkan verir. Bu, membranların bir-biri ilə birləşməsinə və molekullarını qarışdırmasına imkan verir və hüceyrə bölündükdə membran molekullarının qız hüceyrələr arasında bərabər paylanmasını təmin edir. Bioloji membranlar maye olmasaydı, hüceyrələrin necə yaşaya, böyüyə və çoxalda biləcəyini təsəvvür etmək çətindir. [5]


Membran zülallarında daxili simmetriya nədir? - Biologiya

Məqalənin xülasəsi:

Hüceyrələr həyatın əsas vahididir. Bütün hüceyrələr hüceyrə membranı və ya plazma membranı adlanan xarici seçici keçirici membran kimi tanınan ümumi bir xüsusiyyətə malikdir. Demək olar ki, bütün eukaryotik hüceyrələr daxili membranların daha mürəkkəb və mürəkkəb sistemini ehtiva edir. Bu daxili membranlar hər hüceyrənin içərisində membranla örtülmüş müxtəlif bölmələrə səbəb olur. Hüceyrə membranları əsasən lipidlərdən və zülallardan ibarətdir.

Plazma membranı hüceyrənin daxili hissəsi ilə hər bir hüceyrəni əhatə edən hüceyrədənkənar maye arasında sərhəd rolunu oynayır. Plazma membranında olan lipidlər əsasən fosfolipidlərdir. Bu fosfolipidlər amfifildir, molekulun karbohidrogen quyruğu hidrofilikdir, burada qütb başları təbiətdə hidrofilikdir.
1. Plazma membranında xolesterin və fosfatidil etanolamin kimi ən çox yayılmış fosfolipidlər mövcuddur.
2. Plazma membran hüceyrənin daxilində və xaricində olan hər iki tərəfdən sulu səthə malikdir. Buna görə də hüceyrə membranında mövcud olan fosfolipid hidrofobik quyruqları bir-birinə baxan fosfolipid ikiqatlı bir quruluş meydana gətirir.

Bütün membran zülalları membranda olsa da, həm struktur, həm də funksional olaraq bir-birindən fərqlidirlər. Bütün bioloji membranlar bir sıra membran zülalları ilə əlaqəli eyni əsas fosfolipid ikiqat quruluşuna malikdir. Bu lipid və membran zülal strukturları plazma membranının bütün bioloji fəaliyyətlərini həyata keçirməsini təmin edir.

Plazma membranında mövcud olan bəzi zülallar yalnız plazma membranının səthinə bağlanır, digərləri kimi membranın içərisində maskalanmış bir bölgə və həmçinin onun bir və ya hər iki tərəfində domenlər var.

Əsasən hüceyrədənkənar membran səthində zülal domenləri, həmçinin hüceyrə siqnal mexanizmində kömək edir. Membran daxilində əmələ gələn, daha dəqiq desək, membranda kanallar və məsamələr meydana gətirən zülal domenləri biomolekulların membranlar arasında daşınmasına kömək edir.
Membranın sitozolik üzü ilə üzləşən zülal domenləri müxtəlif bioloji funksiyaları yerinə yetirir, məsələn, hüceyrədaxili siqnal yollarını işə salır və ya sitoskeletal zülallar kimi də fəaliyyət göstərir.

Membran zülalları, membran zülalları ilə qarşılıqlı əlaqənin təbiətindən asılı olaraq inteqral zülallar və ya başqa sözlə daxili və periferik və ya xarici zülallar kimi iki əsas zülal növünə təsnif edilə bilər. Biomembran və ya plazma membranlarının və ya hüceyrə membranının çoxu hər iki növ membran zülalını ehtiva edir.

İnteqral membran zülalları:

İnteqral membran zülallarına daxili zülallar da deyilir, çünki bu zülalların bir və ya bir neçə hissəsi hüceyrə membranının fosfolipid iki qatına yerləşdirilir. Plazma membranı və ya hüceyrə membranı ilə əlaqəli olan zülalların çoxu onunla sıx bağlıdır. İnteqral zülallar həmçinin membranda mövcud olan fosfolipidlərin yağlı asil qrupları ilə qarşılıqlı əlaqədə olan hidrofobik yan zəncirləri olan bəzi qalıqları ehtiva edir. Bu, zülalların hüceyrə membranına güclü şəkildə bağlanmasına kömək edir.

İnteqral zülalların əksəriyyəti bütün fosfolipid iki qatını əhatə edir. Plazma membranında mövcud olan transmembran zülalları bir və ya daha çox membranı əhatə edən domenləri ehtiva edir. Bu domenlər dörd-bir neçə yüz qalıq uzunluğundadır və onlar da iki qatın hər iki tərəfindəki sulu mühitə yayılır.

Transmembran zülallarında bir və ya daha çox α spiralları və ya çoxlu β zəncirləri kimi iki növ membranı əhatə edən sahələr tapılır. Yeddi membranı əhatə edən α spiralını ehtiva edən zülallar çox vacib və eyni zamanda bir çox hüceyrə səthi reseptorunu və həmçinin bakteriohodopsini ehtiva edən əsas sinif təşkil edir.

Transmembran zülalların bəziləri ikiqat hüceyrə membranını bir neçə dəfə əhatə edir və müəyyən ionların və həmçinin molekulların hüceyrəyə daxil ola və ya tərk edə biləcəyi hidrofilik bir kanal meydana gətirir. Məsələn, bütün G-protein ilə əlaqəli reseptorlar peptid hormonlarının reseptorlarına bənzəyir. Bütün reseptorlar hüceyrə membranını və ya plazma membranını yeddi dəfə əhatə edir.

Lipid iki qatında hissələri meydana gətirən transmembran protein hidrofobik amin turşularından ibarətdir. Fosfolipid ikiqat təbəqəsindən çıxarılan transmembran zülalının bəzi hissələri əsasən hidrofilik amin turşuları üzərində hazırlanır. Hüceyrənin sulu ətrafına proyeksiya edən zülallar adətən qlikoproteindən ibarətdir ki, bu da hüceyrə səthində ifşa olunan polipeptidlərin hissəsinə yapışmış çoxlu hidrofilik şəkər qalıqlarını ehtiva edir.

Müəllif haqqında / Əlavə məlumat:

Vacib İmtina: Bu vebsaytdakı bütün məqalələr yalnız ümumi məlumat üçündür və peşəkar və ya ekspert məsləhəti deyil. Bu məqalədə təqdim olunan məlumatların düzgünlüyünə və ya həqiqiliyinə və ya onun nəticəsində yaranan hər hansı itkiyə və ya xəsarətə görə heç bir məsuliyyət daşımırıq. Biz bu məqalələri dəstəkləmirik, nə bu məqalələrin müəllifləri ilə bağlıyıq, nə də onların məzmununa görə məsuliyyət daşıyırıq. Tam şərtlər üçün imtina bölməmizə baxın.


Digər Əlaqədar Məqalələr

Şərhlər?

Sitat

İstinadlar

Hans-Joachim Verner, Klaus Schulten və Albert Weller. Bakterial fotosintezin ilkin fotokimyəvi reaksiyasının maqnit sahəsindən asılılığına kömək edən elektron ötürülməsi və spin mübadiləsi. Biochimica və Biophysica Acta, 502:255-268, 1978.

Oded Béjã et al., Bakterial Rodopsin: Dənizdə Yeni Bir Fototrofiya Tipi üçün Dəlil. Elm 289:1902, 2000.

Dieter Oesterhelt və Walter Stoeckenius. Rodopsin kimi zülalın bənövşəyi membranından Halobacterium halobium. Təbiət Yeni Biologiya 233:149-152, 1971.

Dieter Oesterhelt və Walter Stoeckenius. Yeni fotoreseptor membranın funksiyası. PNAS ABŞ 70:2853-2857, 1973.

Walter Stoeckenius. Duz sevən bakteriyaların bənövşəyi membranı. Elmi amerikalı. 234(6)38-46, 1976.

Richard Henderson. Bənövşəyi Membran Halobacterium Halobium. Ann. Rev. Biophys. Bioeng. 6:87-109, 1977.

"Hartmut Mişel - Bioqrafiya". Nobelprize.org. Nobel Media AB 2014. Veb. 29 iyul 2014. http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates /1988/michel-bio.html

Helmut Heller, Michael Schaefer və Klaus Schulten. Geldə və maye kristal fazalarında 200 lipiddən ibarət iki qatın molekulyar dinamikasının simulyasiyası. Fiziki Kimya Jurnalı, 97:8343-8360, 1993.

Gary A Taubes. Düşüncə maşınlarının yüksəlişi və süqutu. Inc., 15 sentyabr 1995-ci il.

Emad Tajkhorshid, Peter Nollert, Morten Ø. Jensen, Larry J. W. Miercke, Joseph O'Connell, Robert M. Stroud və Klaus Schulten. Qlobal oriyentasiya tənzimləməsi ilə aquaporin su kanalı ailəsinin seçiciliyinə nəzarət. Elm, 296:525-530, 2002.

Justin Gullingsrud, Dorina Kosztin və Klaus Schulten. Molekulyar dinamika simulyasiyaları ilə öyrənilən MscL qapısının struktur determinantları. Biofizika jurnalı, 80:2074-2081, 2001.

Marcos Sotomayor və Klaus Schulten. Kiçik keçiricilik MscS-nin mexanosensial kanalında qapının molekulyar dinamikasının öyrənilməsi. Biofizika jurnalı, 87:3050-3065, 2004.

Markos Sotomayor, Trudy A. van der Straaten, Umberto Ravaioli və Klaus Schulten. Kiçik keçiricilik MscS-nin mexaniki həssas kanalının elektrostatik xüsusiyyətləri. Biofizika jurnalı, 90:3496-3510, 2006.

Valeria Vásquez, Markos Sotomayor, Julio Cordero-Morales, Klaus Schulten və Eduardo Perozo. Lipid iki qatında MscS qapısı üçün struktur mexanizm. Elm, 321:1210-1214, 2008.

Wenjian Wang, Susan S. Black, Michelle D. Edwards, Samantha Miller, Emma L. Morrison, Wendy Bartlett, Changjiang Dong, James H. Naismith, Ian R. Booth. Açıq formanın strukturu E. coli 3.45 Å Çözünürlükdə Mexanosensial Kanal. Elm, 32:1179-1183, 2008.

James Gumbart və Klaus Schulten. Arxeal translokonun molekulyar dinamikasının tədqiqi. Biofizika jurnalı, 90:2356-2367, 2006.

James Gambart, Leonardo G. Trabuco, Eduard Schreiner, Elizabeth Villa və Klaus Schulten. Zülal keçirici kanalın bağlı ribosom tərəfindən tənzimlənməsi. Struktur, 17:1453-1464, 2009.

Jens Frauenfeld, James Qumbart, Eli O. van der Sluis, Soledad Funes, Marco Gartmann, Birgitta Beatrix, Thorsten Mielke, Otto Berninghausen, Tomas Becker, Klaus Schulten və Roland Beckmann. Membran mühitində ribosom-SecYE kompleksinin kriyo-EM strukturu. Təbiət Struktur & Molekulyar Biologiya, 18:614-621, 2011.

Stephan Wickles, Abhishek Singharoy, Jessica Andreani, Stefan Seemayer, Lukas Bischoff, Otto Berninghausen, Johannes Soeding, Klaus Schulten, Eli van der Sluis və Roland Beckmann. Aktiv ribosoma bağlı membran protein insertase YidC-nin struktur modeli. eLife, 3:e03035, 2014.

Anton Arkhipov, Ying Yin və Klaus Schulten. BAR sahələrində membran heykəltəraşlığının dörd miqyaslı təsviri. Biofizika jurnalı, 95:2806-2821, 2008.

Ying Yin, Anton Arkhipov və Klaus Schulten. Amfifizin N-BAR domenlərinin qəfəsləri ilə membran borularının simulyasiyası. Struktur, 17:882-892, 2009.

Hang Yu və Klaus Schulten. Molekulyar dinamika simulyasiyaları ilə öyrənilən F-BAR domenləri ilə membran heykəltəraşlığı. PLoS Hesablama Biologiyası, 9:e1002892, 2013.

Fatemeh Xalili-Araghi, Emad Tajxorshid və Klaus Schulten. Kv1.2 vasitəsilə K+ ionunun keçiriciliyinin dinamikası. Biofizika jurnalı, 91:L72-L74, 2006.

Fatemeh Xalili-Araghi, Vishwanath Jogini, Vladimir Yarov-Yarovoy, Emad Tajkhorshid, Benoit Roux və Klaus Schulten. Kv1.2 gərginliyi ilə aktivləşdirilmiş kalium kanalı üçün qapı yükünün hesablanması. Biofizika jurnalı, 98:2189-2198, 2010.


Membran zülalları proteomun böyük bir hissəsini təmsil edir, lakin müasir molekulyar biologiyada bir çox metodlar üçün problemli xüsusiyyətlərə malikdir (çox vaxt həll olunan zülallar nəzərə alınmaqla hazırlanmışdır). Struktur tədqiqatlar üçün ifadənin aşağı səviyyəsi və yuyucu vasitənin olması membran zülalının eksperimentalistinin ətində tikanlar olmuşdur. Burada membran zülallarının strukturlarının sıçrayışlı tədqiqatlarında krio-elektron mikroskopiyadan istifadəni müzakirə edirik. Bu üsul nisbətən az miqdarda nümunə və yuyucu vasitənin öhdəsindən gələ bilər. Son vaxtlara qədər krio-elektron mikroskopiya membran zülallarının yüksək rezolyusiyaya malik strukturlarını təqdim edə bilmirdi, lakin ötürücü elektron mikroskop texnologiyasında və mikroskopda təsvir edilən tək hissəciklərin təsvirinin emalı sahəsində son inkişaflar bu sahədə inqilab etdi və yüksək ayırdetmə strukturlarının əldə edilməsinə imkan verdi. . Burada biz membran zülallarının tədqiqi üçün krio-elektron mikroskopiyasının tətbiqi ilə bağlı spesifik məsələlərə, xüsusən də zülalın həllolma qabiliyyətini saxlamaq üçün sistemin seçiminə diqqət yetiririk.

Membran zülallarının krioelektron mikroskopiyası. Elektronlar nümunədən keçir və ötürücü elektron mikroskopunda fokuslanır və təsvir olunur. Membran zülallarının nümunəsi mikroskopik olaraq nazik şüşə buz təbəqəsi ilə örtülmüşdür. Əksər hallarda, zülal/deterjan kompleksləri ilə yanaşı, pulsuz yuyucu misellər də mövcud olacaqdır.


Lens boşluğu qovşaqları

E.C.Beyer, V.M. Berthoud, Göz Ensiklopediyasında, 2010

Kataraktaya səbəb olan təhqirlər və lens konneksinlərinə zərər

Lens zülalları, o cümlədən konneksinlər, yaşlanma ilə və ya kataraktın əmələ gəlməsi ilə əlaqədar olaraq müxtəlif post-translational modifikasiyaları toplaya bilər. CX46 və CX50-nin iribuynuzlu ortoloqlarında metioninin oksidləşməsi aşkar edilmişdir. CX50 ortoloqunda asparagin121-in deamidasiyası aşkar edilmişdir. Ancaq bu dəyişikliklərin həqiqətən baş verdiyi dəqiq deyil in vivo, çünki nümunənin hazırlanması zamanı həm metioninin oksidləşməsi, həm də deamidasiyası baş verə bilər. Bu modifikasiyaların əksəriyyətinin boşluq qovşağının vasitəçiliyi ilə həyata keçirilən hüceyrələrarası əlaqəyə təsiri məlum deyil.

Katarakta əmələ gəlməsinin ən çox öyrənilmiş etiologiyalarından biri konneksinlərdə və boşluq birləşmələrində dəyişikliklərlə əlaqəli ola bilən oksidləşdirici stressdir. Bir sıra tədqiqatlarda H2O2 oksidləşdirici stressin nəticələrini araşdırmaq üçün kultivasiya edilmiş lens hüceyrələrinin və ya təcrid olunmuş linzaların müalicəsi. Toyuq lentoid tərkibli kulturaların H2O2 CX46 toyuqunun immunoblot modelində dozadan və zamandan asılı dəyişikliklərə gətirib çıxarır ki, bu da H2O2 onun diferensial fosforlaşmasına gətirib çıxarır. Yüksək H konsentrasiyası ilə müalicədən sonra bu konneksinin parçalanmış forması müşahidə edilmişdir2O2 bu da hüceyrə ölümü ilə bağlıdır. CX43 ifadə edən lens hüceyrə xəttinin H2O2 PKCγ aktivliyinin artmasına, immunoblotinqlə aşkar edilən Ser368-də CX43-ün fosforilləşməsinin artmasına, boşluq qovşağı lövhələrinin sayının azalmasına və boya birləşməsinin azalmasına səbəb olur. Oxşar təsirlər siçovulların linzaları H2O2. Beləliklə, bir neçə məlumat oksidləşdirici stressin zülal kinazlarının aktivləşdirilməsi və konneksin fosforlaşmasında dəyişikliklər vasitəsilə lensin hüceyrələrarası əlaqəsində dəyişikliklərə səbəb olduğunu göstərir ki, bu da kataraktın yaranmasına kömək edə bilər.


Turşuluq hüceyrə membranının xüsusiyyətlərini dəyişə bilər

İnsanların inkişaf etdirdiyi bütün heyrətamiz texnologiyalardan heç biri təbiətin əsas tikinti blokunun - canlı hüceyrənin mürəkkəbliyinə uyğun gəlməmişdir. Hüceyrənin heç bir fəaliyyəti onun hissələrini ayıran və funksiyalarını tənzimləyən nazik lipid membranlar və ya ikiqat təbəqələr olmadan mümkün olmazdı.

Quyruqların altıbucaqlı, düzbucaqlı-C və ya düzbucaqlı-P qəfəsinə yığılmasında dəyişikliklər müxtəlif pH səviyyələrində müşahidə olunur.

İkiqatlıların xassələrini başa düşmək və nəzarət etmək biologiya və biotexnologiyada irəliləyişlər üçün çox vacibdir. İndi Şimal-Qərb Universitetinin tədqiqatçılarından ibarət fənlərarası komanda ətrafdakı turşuluğu dəyişdirərək ikiqatlıların kristallaşmasına necə nəzarət edəcəyini müəyyən edib.

Sentyabrın 24-də nəşr olunan araşdırma Milli Elmlər Akademiyasının Materialları, hüceyrə funksiyasına işıq salır və dərman çatdırılmasında və bio-ruhlandıran texnologiyada irəliləyişlərə imkan verə bilər.

Həmmüəllif Monika Olvera de la Kruz, Material Elmləri və Mühəndisliyi, Kimya üzrə Hüquqşünas Taylor Professoru, "Təbiətdə canlılar incə bir tarazlıqda fəaliyyət göstərirlər: turşuluq, temperatur, onun bütün ətrafı müəyyən hədlər daxilində olmalıdır, yoxsa ölürlər" dedi. , və (nəzakətlə) Northwestern's McCormick Engineering Məktəbində Kimya və Biologiya Mühəndisliyi. "Canlılar uyğunlaşa bildikdə, onlar daha funksional olurlar. Biz hüceyrənin çox hissəsini idarə edən ikiqatlıların təbiətdə formalaşa biləcəyi xüsusi şərtlər toplusunu tapmaq istədik." Sentyabrın 24-də nəşr olunan araşdırma. Milli Elmlər Akademiyasının Materialları, hüceyrə funksiyasına işıq salır və dərmanların çatdırılmasında və bio-ruhlandıran texnologiyada irəliləyişlərə imkan verə bilər. İki qatlıların xüsusiyyətlərini başa düşmək və onlara nəzarət etmək biologiya və biotexnologiyada irəliləyişlər üçün çox vacibdir. İndi Şimal-Qərb Universitetinin tədqiqatçılarından ibarət fənlərarası komanda ətrafdakı turşuluğu dəyişdirərək ikiqatlıların kristallaşmasına necə nəzarət edəcəyini müəyyən edib.

Molekulların baş qruplarında yükdən istifadə edərək, Şimal-Qərb tədqiqatçıları membranın fiziki xüsusiyyətlərini dəyişdirmək üçün yeni bir üsul inkişaf etdirdilər. Onlar müxtəlif quyruq uzunluqlarına malik dilisin (+2) və karboksilat (-1) amfifil molekullarını müxtəlif pH səviyyələrində ikiqat membranlara birləşdirərək başların effektiv yükünü dəyişdirməklə başladılar. İkiqatlılar amfifil molekullarının iki qatından -- həm su sevən, həm də suya nifrət edən xüsusiyyətlərə malik molekullardan ibarətdir ki, onların tərkibinin ətrafında kristal bir qabıq əmələ gətirir. Lolipopa bənzəyən amfifil molekulların yüklü, suyu sevən (hidrofil) baş və su itələyici (hidrofobik) quyruğu vardır. Molekulların sıxlığı və düzülüşü membranın məsaməliliyini, möhkəmliyini və digər xüsusiyyətlərini müəyyən edir.

Sonra, Arqon Milli Laboratoriyasının Qabaqcıl Foton Mənbəsindəki DuPont-Şimal-Qərb-Dow Birgə Giriş Qrupunda (DND-CAT) rentgen səpilmə texnologiyasından istifadə edərək, tədqiqatçılar ikiqatlı molekulların əmələ gətirdiyi kristallaşmanı təhlil etdilər.

(Membran strukturlarının elektron mikroskop şəkillərini yaratmaq üçün tədqiqatçılar əvvəllər onları dondurmuşdular, lakin bu proses çox əmək tələb edir və struktur sədaqətini dəyişdirir, bu da insan orqanizmində həyata keçirilən fizioloji şəraitdə membranın yığılmasını və davranışını anlamaq üçün daha az əhəmiyyət kəsb edir. .)

Şimal-qərb tədqiqatçıları tapdılar ki, əksər molekullar turşuluq dəyişikliyinə reaksiya vermir. Lakin kritik quyruq uzunluğuna malik olanlar - molekulların hidrofiliya səviyyəsinə uyğun olan ölçü - molekulların başlarının yükü o dərəcədə dəyişdi ki, onların ikiölçülü kristallaşması dövri düzbucaqlı naxışlı qəfəsdən dəyişdi (tapıldı). daha əsas məhlullarda) altıbucaqlı qəfəsə (daha çox turşulu məhlullarda rast gəlinir). Daha yüksək simmetriyaya malik olan qabıqlar, məsələn, altıbucaqlı, daha az simmetriyaya malik olanlardan daha güclü və daha az kövrəkdir. pH-nın dəyişməsi iki qatın qalınlığını və molekulların yığcamlığını da dəyişdi.

Membranlardakı molekulların sıxlığının və məsafəsinin dəyişdirilməsi tədqiqatçılara vezikül daxilində molekulların enkapsulyasiya və sərbəst buraxılma effektivliyini idarə etməyə kömək edə bilər.


Elm və Biologiya: Hüceyrə membranının funksiyası

Plazma membranı olaraq da adlandırılan hüceyrə membranının funksiyası hüceyrədəki strukturları qorumaq, hüceyrəyə forma vermək və quruluşunu dəstəkləməkdir.

Hüceyrə membranlarının strukturları

Hüceyrə membranı ikiqat lipid və zülal qatından ibarətdir. Hüceyrə membranında üç fərqli zülal var: struktur zülal, nəqliyyat zülalı və qlikoprotein. Bu lipid və zülal təbəqələri hüceyrə membranının əsas funksiyasını yerinə yetirməsinə şərait yaradır, yəni hüceyrəni əhatə edir və onu xarici mühitdən qoruyur. Hüceyrə membranı seçici keçiricidir, yalnız müəyyən maddələrin hüceyrəyə daxil olub çıxmasına imkan verir. Bəzi hallarda hüceyrə membranı ondan keçməsinə icazə verilən müəyyən maddənin miqdarını da idarə edə bilir.

Hüceyrə membranının funksiyası

Hüceyrə və ya plazma membranı hüceyrəni xarici mühitdən qorumaq, eyni zamanda hüceyrə quruluşunu vermək və hüceyrəyə daxil olan və çıxan materialları tənzimləmək üçün nəzərdə tutulmuşdur. Bu tənzimləmə zərərli maddələrin hüceyrəyə daxil olmamasını və əsas maddələrin hüceyrədən çıxmamasını təmin edir. Oksigen hüceyrə membranından asanlıqla keçə bilər, çünki hüceyrənin əsas funksiyası olan hüceyrə tənəffüsü üçün lazımdır. Bu funksiyaların yan məhsulları, məsələn, karbon dioksid, hüceyrə tənəffüsü baş verdikdən sonra hüceyrədən çıxmağa icazə verilir. Oksigen, su və karbon qazından fərqli olaraq, yüksək yüklü ionlar və daha böyük makromolekullar birbaşa hüceyrə membranından keçə bilmirlər. Bunun əvəzinə, onların membrana daxil edilmiş zülallar vasitəsilə hüceyrəyə daxil olmasına icazə verilir. Hüceyrə membranı hüceyrənin və onun strukturunun qorunmasında mühüm rol oynadığı üçün hüceyrə membranında bir dəlik və ya qırılma hüceyrənin düzgün fəaliyyətini dayandırmasına və nəticədə ölməsinə səbəb ola bilər.

Hüceyrə membranının digər vacib funksiyası rabitə və ya hüceyrə siqnalıdır. Hüceyrə membranının reseptor zülalları bədənin digər bölgələrindən olan molekullarla əlaqə qurur və hüceyrə daxilində bir siqnal göndərmək üçün hüceyrəyə müəyyən bir funksiyanı yerinə yetirməsini bildirir. A cell membrane's receptors can be taken over by harmful viruses, such as the human immunodeficiency virus (HIV), causing an infection.

The overall function of a cell membrane can be compared to the function of a castle's drawbridge and outer wall. Just as a drawbridge and wall protect a castle and ensure only certain individuals enter and exit the castle, the cell's membrane offers protection to the cell and regulates which substances are allowed to enter and exit the cell. Cell signaling is similar to using a lookout tower on a castle wall to communicate with neighboring castles.

Cellular Transport

Cellular transport, one of the main functions of a cell membrane, can occur in multiple ways. The first type of cellular transport is passive osmosis and diffusion. This is when substances, such as water and oxygen, pass easily into the cell directly through the cell membrane. The next type of cellular transport is called transmembrane protein transport, which is when small organic molecules are transported into the cell. Endocytosis is the third type of cellular transport. This kind of transport is similar to the cell "eating" other substances and is characterized by the cell engulfing and then absorbing large molecules or even entire other cells. The last type of cellular transport, exocytosis, occurs when a cell removes or secretes substances.


MEMBRANES

Membrane fluidity -- according to the fluid mosaic model, proteins and lipids diffuse in the membrane.

  • preventing ion flux
  • active transport of ions from side to side of the plasma membrane.
  1. Types of molecules that can cross membranes by diffusion:
    • Water and small lipophilic organic compounds can cross.
    • Large molecules ( e.g. proteins) and charged compounds do not cross.
  2. Direction relative to the concentration gradient: movement is DOWN the concentration gradient ONLY (higher concentration to lower concentration).
  3. Rate of diffusion depends on
    • charge on the molecule -- electric charge prevents movement.
    • size -- smaller molecules move faster than larger molecules.
    • lipid solubility -- more highly lipid-soluble molecules move faster.
    • the concentration gradient -- the greater the concentration difference across the membrane, the faster the diffusion.
  4. Direction relative to the membrane: molecules may cross the membrane in either direction, depending only on the direction of the gradient.
  1. Ion channels exist for Na + , K + and Ca ++ movement. These channels are specific for a given ionic species.
  2. Channels consist of protein, which forms a gate that opens and closes under the control of the membrane potential.
  3. Ion movement through channels is always down the concentration gradient.
  1. A carrier must be able to perform four functions in order to transport a substance.
    • Recognition -- to specifically bind the substance that is to be transported.
    • Translocation -- movement from one side of the membrane to the other.
    • Release -- on the other side of the membrane
    • Recovery -- return of the carrier to its original condition so it can go through another cycle of transport.
  2. Terminology: Carriers are also variously called "porters,""porting systems,""translocases,""transport systems" and "pumps."
  3. Carriers resemble enzymes in some of their properties.
    • They are NOT enzymes, as they do NOT catalyze chemical reactions.
    • They are enzyme-like in the following ways. They are specific. They have dissociation constants for the transported substances which are analogous to Km of enzymes. Transport can be inhibited by specific inhibitors. They exhibit saturation, like enzymes do. Diffusion, in contrast, is not saturable, and its rate increases with increasing concentration.
  4. A general model for transport is that the carrier is a protein which changes conformation during the transport process.
  5. Sometimes carriers move more than one molecule simultaneously. Nomenclature:
    • Uniport: a single molecule moves in one direction.
    • Symport: two molecules move simultaneously in the same direction.
    • Antiport: Two molecules move simultaneously in opposite directions.
  1. The characteristics of a carrier operating by passive mediated transport.
    • Faster than simple diffusion
    • Movement is down the concentration gradient only (like diffusion)
    • No energy input is required -- the necessary energy is supplied by the gradient.
    • The carrier exhibits specificity for the structure of the transported substance saturation kinetics specific inhibitability
  2. Examples of passive mediated transport.
    • Glucose transport in many cells. A uniport system Can be demonstrated by the fact that adding substances with structures that resemble the structure of glucose can inhibit glucose transport specifically. It is specific for glucose. The K m for glucose is 6.2 mM (a value in the neighborhood of the blood concentration of glucose, 5.5 mM) The K m for fructose is 2000 mM The transport process involves attachment of glucose outside the cell. Conformational change of the carrier protein. Release of the glucose inside the cell. There is no need to change K m for glucose, since the glucose concentration in the cell is very low.
    • Chloride-bicarbonate transport in the erythrocyte membrane. This is catalyzed by the band 3 protein seen previously. An antiport system: both ions MUST move in opposite directions simultaneously. The system is reversible, and can work in either direction. Movement is driven by the concentration gradient.
  1. There are two sources of energy for active transport.
    • ATP hydrolysis may be used directly.
    • The energy of the Na + gradient may be used in a symport mechanism. The energy of the Na + going down its gradient drives the movement of the other substance. But since the Na + gradient is maintained by ATP hydrolysis, ATP is the indirect source of energy for this process.
  2. The characteristics of a carrier operating by active transport.
    • Can move substances against (up) a concentration gradient.
    • Requires energy.
    • Is unidirectional
    • The carrier exhibits specificity for the structure of the transported substance saturation kinetics specific inhibitability
  3. How can the substance be released from the carrier into a higher concentration than the concentration at which it bound in the first place?
    • The affinity of the translocase for the substance must decrease, presumably by a conformational change of the translocase.
    • This process may require energy in the form of ATP.
  4. Examples of active mediated transport.
    • Ca ++ transport is a uniport system, using ATP hydrolysis to drive the Ca ++ movement. There are two Ca ++ translocases of importance.
      • In the sarcoplasmic reticulum, important in muscle contraction.
      • A different enzyme with similar activity in the plasma membrane.
    • The Na + -K + pump (or Na + -K + ATPase).
      • An antiport system.
      • Importance: present in the plasma membrane of every cell, where its role is to maintain the Na + and K + gradients.
      • Stoichiometry: 3 Na + are moved out of the cell and 2 K+ are moved in for every ATP hydrolyzed.
      • Specificity: Absolutely specific for Na + , but it can substitute for the K + .
      • The structure of the Na + -K + pump is a tetramer of two types of subunits, alpha 2 beta 2 . The beta-subunit is a glycoprotein, with the carbohydrate on the external surface of the membrane.
      • The Na + -K + ATPase is specifically inhibited by the ouabain, a cardiotonic steroid. Ouabain sensitivity is, in fact, a specific marker for the Na + -K + ATPase.
      • The proposed mechanism of the Na + -K + ATPase shows the role of ATP in effecting the conformational change.
        • Na + attaches on the inside of the cell membrane.
        • The protein conformation changes due to phosphorylation of the protein by ATP, and the affinity of the protein for Na + decreases.
        • Na + leaves.
        • K + from the outside binds.
        • K + dephosphorylates the enzyme.
        • The conformation now returns to the original state.
        • K + now dissociates.
    • Na + linked glucose transport is found in intestinal mucosal cells. It is a symport system glucose is transported against its gradient by Na + flowing down its gradient. Both are transported into the cell from the intestinal lumen. Na + is required one Na + is carried with each glucose. The Na + gradient is essential it is maintained by the Na + -K + ATPase.
    • Na + linked transport of amino acids, also found in intestinal mucosal cells, works similarly. There are at least six enzymes of different specificity that employ this mechanism. Their specificity is as follows. Short neutral amino acids: ala, ser, thr. Long or aromatic neutral amino acids: phe, tyr, met, val, leu, ile. Basic amino acids and cystine: lys, arg, cys-cys. Acidic amino acids: glu, asp Imino acids: pro and hypro Beta-amino acids: beta-alanine, taurine.
  1. There are four types of signals.
    • Nerve transmission
    • Hormone release
    • Muscle contraction
    • Growth stimulation
  2. There are four types of messenger molecules.
    • steroidlər
    • small organic molecules
    • peptides
    • zülallar
  3. The messenger may interact with the cell in either of two ways.
    • Entry into the cell by diffusion through the cell membrane (the steroid hormones do this).
    • Large molecules or charged ones bind to a receptor on the plasma membrane.
  4. The events associated with communication via these molecules may include the following.
    • Primary interaction of the messenger with the cell (binding by a receptor).
    • A secondary event, formation of a second messenger. (this is not always found).
    • The cellular response (some metabolic event).
    • Termination (removal of the second messenger).
  1. Steroids are lipid soluble, and can diffuse through the plasma membrane.
  2. Cells which are sensitive to steroid hormones have specific receptor proteins in the cytosol or nucleus which bind the steroid.
  3. The receptor-hormone complex then somehow causes changes in the cell's metabolism, typically by affecting transcription or translation.
  4. The mechanism of termination is unclear, but involves breakdown of the hormone.
  1. Membrane receptors bind specific messenger molecules on the exterior surface of the cell. Either of two types of response may occur.
    • Direct response: binding to the receptor directly causes the cellular response to the messenger.
    • Second messenger involvement: Binding to the receptor modifies it, leading to production of a second messenger, a molecule that causes the effect.
    • In each case messenger binding induces a conformational change in the receptor protein. Binding of the messenger resembles binding of a substrate to an enzyme in that there is a dissociation constant inhibition (by antagonists) which may be competitive, noncompetitive, etc.
  2. A variety of messengers can bind to various tissues.
    • Various cellular responses may occur, depending on the tissue.
    • Either positive or negative responses may occur, even in the same tissue, depending on the type of receptor.
  3. The response of a cell to a messenger depends on the number of receptors occupied.
    • A typical cell may have about 1000 receptors.
    • Only a small fraction (10%)of the receptors need to be occupied to get a large (50%) response.
    • Receptors may have a dissociation constant of about 10 exp -11 this is the concentration of messenger at which they are 50% saturated. Thus very low concentrations of messengers may give a large response.
  1. The receptor is a complex pentameric protein which forms a channel through the membrane.
  2. Mechanism of action.
      Binding of acetylcholine, a small molecule, at the exterior surface causes the channel to open. (Binding)
  3. Na + and K + flow through the channel, depolarizing the membrane. (Response)
  4. The esterase activity of the receptor then hydrolyses the acetylcholine, releasing acetate and choline, and terminating the effect. (Recovery)
  5. The process can now be repeated.
  1. Definition: This intracellular mediator is called a second messenger .
  2. Effect of second messenger formation: Since a receptor usually forms many molecules of second messenger after being stimulated by one molecule of the original effector, second messenger formation is a means of amplifying the original signal.
  3. The formation and removal of the second messenger can be controlled and modulated.

  1. Structure of cAMP: an internal (cyclic) 3', 5'-phosphodiester of adenylic acid.
  2. The mechanism of action of cAMP is to activate an inactive protein kinase.
    • Animated activation sequence.
    • Since an active protein kinase which acts on many molecules of its substrate is produced, this process is an amplification of the original signal.
    • Since the protein kinase is activated by cAMP it is called protein kinase A.

    The reaction ATP < -> cAMP + PPi is reversible, but subsequent hydrolysis of the PPi

  • G-proteins are a class of proteins that are so named because they can react with GTP. There are G-proteins in addition to the ones under consideration here.
  • G s and G i are so named because they stimulate and inhibit, respectively, adenyl cyclase.
  • Structure: G-proteins are complexes of three different subunits, alpha, beta and gamma. Beta and gamma are similar in the G s and G i proteins. The alpha-subunits are different, and are called alpha s and alpha i , respectively.
  • Mechanism: Receptor-messenger interaction stimulates binding of GTP to the alpha-subunits. The alpha-subunit with its bound GTP then dissociates from the beta-gamma complex. The alpha-subunit with its bound GTP then acts on adenyl cyclase. alpha s -GTP stimulates adenyl cyclase. alpha i -GTP inhibits adenyl cyclase.
  • The alpha-subunit of the G-protein has GTPase activity. After it cleaves the GTP it reassociates with the beta-gamma complex to form the original trimer.
  • cAMP already formed is cleaved by cAMP phosphodiesterase.
  • The hormone gradually and spontaneously dissociates from the receptor.
  1. Animated activation sequence.
  2. IP 3 and DG are synthesized by the enzyme, phospholipase C, which has phosphatidylinositol 4,5-bisphosphate (PIP 2 ) phosphodiesterase activity. PIP 2 is a normal minor component of the inner surface of the plasma membrane.
  3. The phosphodiesterase is controlled by a G-protein in the membrane, which activates the phosphodiesterase.
  4. Mechanism: IP 3 and DG have separate effects.
    • IP 3 releases Ca ++ from the endoplasmic reticulum. The Ca ++ then activates certain intracellular protein kinases.
    • DG activates protein kinase c, a specific protein of the plasma membrane.
    • Note that both IP 3 and DG activate protein kinases, which in turn phosphorylate and affect the activities of other proteins.
  5. Termination of the signal occurs at several levels.
    • IP 3 is hydrolyzed.
    • Ca ++ is returned to the endoplasmic reticulum or pumped out of the cell.
    • The GTPase activity of the G-protein hydrolyses the GTP, terminating the activity of the phospholipase C.
  6. Many systems respond to changes on IP 3 and DG. Be aware of the large number of systems affected.

Structure: The insulin receptor is a tetramer with two kinds of subunits, alpha and beta. Disulfide bridges bind them together.


Videoya baxın: Cell membrane proteins. Cells. MCAT. Khan Academy (Oktyabr 2022).