Холестерол содержится в мембранах всех животных клеток, он придает мембранам жесткость Ненасыщенные жирные кислоты определяют текучесть мембраны и конформационную лабильность мембранных белков.

1, 2 - интегральные (трансмембранные) белки; 3, 4, 5, 6 - поверхностные белки. Поверхностные белки разными способами прикрепляются к мембране: 3 - связанные с интегральными белками; 4 - присоединенные к полярным «головкам» липидного слоя; 5 - «заякоренные» в мембране с помощью короткого гидрофобного концевого домена; 6 - «заякоренные» в мембране с помощью ковалентно связанного ацильного остатка.

Виды рецепторов Мембранные рецепторы : 1 - содержащие субъединицу, связывающую сигнальную молекулу и ионный канал (рецептор ГАМК); 2 - проявляющие каталитическую активность после присоединения сигнальной молекулы (рецептор инсулина); 3, 4 - передающие сигнал на фермент аденилатциклазу (АЦ) или фосфолипазу С (ФЛС) при участии мембранных G-белков, например разные типы рецепторов адреналина, ацетилхолина и других сигнальных молекул.

Аденилатциклазная система:

Инозитолфосфатная система :

Гликокаликс – поверхностный матрикс клетки. · В мембранах гликозилировано около 10% всех белков и от 5 до 26% липидов · Углеводные цепи белков колеблются по составу от двухзвенных структур до разветвленных 18-членных полисахаридов · Наиболее часто в мембранных гликопротеинах и гликолипидах встречаются галактоза, манноза, фукоза, галактозамин, глюкозамин, глюкоза и сиаловая кислота. · Остатки сиаловой кислоты находятся обычно на концах углеводных боковых цепей, они ответственны за отрицательный заряд клеточной поверхности, характерный для всех эукариотических клеток.

1. взаимодействие опухолевой клетки с поверхностными ламининами, фибронектином; 2. секреция гидролитических ферментов и локальное нарушение внеклеточного матрикса; 3. движение опухолевых клеток по модифицированному протеолизом матриксу. Ферменты, участвующие в разрушении коллагенов I и IY типов, являются наиболее активными участниками процесса инвазии. Коллагеназы I и IY усиливают миграцию опухолевых клеток. Коллагеназа IY типа является маркером опухолей при лимфопролиферативных заболеваниях Интегрины. Рецепторы клеточной поверхности. · Интегрины - рецепторы клеточной поверхности для молекул межклеточного матрикса: коллагена, фибронектина, ламинина. · Интегрины тромбоцитов участвуют в агрегации тромбоцитов. · Лейкоцитарные белки адгезии участвуют в во взаимодействии лейкоцитов с эндотелиальными клетками сосудов при воспалении.

Кадгерины.

· Е-кадгерин находится на поверхности клеток эпителиальных и эмбриональных тканей · N-кадгерин локализован на поверхности нервных клеток, хрусталика, сердца · Р-кадгерин расположен на клетках плаценты и эпидермиса Кадгерины участвуют в начальных стадиях адгезии, обеспечивают структурную целостность и полярность тканей, особенно эпителиального монослоя

Онкогены и онкобелки. Лектины. Молекулы клеточной адгезии. · Cell adhesion molecules –структура напоминает иммуноглобулины. · Участвуют в передаче сигнала и связывании с белками цитоскелета. · N- CAM - нейрональная.

· Семейство неиммунных белков, специфически взаимодействующих с углеводными остатками гликопротеинов, протеогликанов и гликолипидов. ü фитогемагглютинин (ФГА, из семян фасоли). ü конканавалин А (Кон А, из канавалии мечевидной), связывается с D-глюкозой и ü D-маннозой. ü рицин (из семян клещевины) - с. ü D-галактозой и N-ацетилгалактозамином. · Онкогены функционируют на ранних стадиях эмбриогенеза. Они реализуют программу нормального развития, участвуя в регуляции пролиферации. Онкогены, участвующие в продукции мембранных онкобелков: · sis – поверхностный мембранный белок. · erb B – белок, пронизывающий мембрану насквозь. · sac и ras – находятся на внутренней поверхности мембраны.

Специфичность сигналов. Синаптическая сигнализация. Эндокринная сигнализация. Типы межклеточной сигнализации.

· Гормоны секретируются в интерстициальное пространство. · Диффундируют к капиллярам. · Разносятся с кровью по организму. · Вновь проникают в интерстициальное пространство. · Взаимодействуют с рецепторами. · Скорость распространения гормона определяется скоростью диффузии и кровотока. · Для эндокринной сигнализации характерно: 1. Низкая скорость передачи сигнала (минуты). 2. Низкие действующие концентрации и высокое сродство к рецептору (Кδ 10-8 - 10-11М). 3. Специфичность сигнала определяется химической природой гормона и рецептора. Этапы: · Электрический (>100м/с). · химический (<1мс). · Высокая скорость передачи сигнала. · Высокая специфичность сигнала. · Высокие действующие концентрации. · Низкое сродство нейромедиатора к рецептору (Кδ ~ 10-4М). Сигнал – рецептор – клетка. · Связывание сигнальной молекулы приводит к изменению свойств рецептора изменению функций клетки. Ацетилхолин: · Уменьшает частоту и силу сердечных сокращений. · Стимулирует сокращение скелетной мускулатуры. · вызывает секрецию в секреторных клетках.

Глюкокортикоиды. Активация рецепторов. Кальций. Образование вторичных мессенджеров. Фосфатидилинозитол. Циклические нуклеотиды. Оксид азота (NO).

Классификация первичных мессенджеров. · Небольшие липофильные молекулы, диффундируют через плазматическую мембрану и взаимодействуют с внутриклеточными рецепторами. · Липофильные молекулы, взаимодействуют с рецепторами клеточной поверхности. · Гидрофильные молекулы, взаимодействуют с рецепторами клеточной поверхности.

· В крови стероидные гормоны находятся в виде комплекса со специфическими плазматическими белками-переносчиками. · В непосредственной близости от плазматической мембраны клетки-мишени гормон отделяется от транспортного белка и диффундирует внутрь клетки. · В типичной клетке-мишени присутствует от 1000 до 10 000 рецепторов стероидных гормонов, обладающих высоким сродством к лиганду (Кd 10-8— 10-10 М). · Рецепторы стероидных гормонов имеют высокую избирательность в отношении их лигандов. · В зависимости от типа рецептора местом их локализации в отсутствие гормона может быть цитоплазма или ядро. Рецепторы стероидных гормонов являются белками (50—120 кДа), включают ряд доменов: · Гормон-связывающий домен содержит участок связывания гормона; · ДНК-связывающий и сайт-специфический домены участвуют в узнавании специфических нуклеотидных гормон-респонсивных элементов (HRE) · Регуляторный домен А/В, содержит участки связывания с компонентами клеточного ядра, обеспечивает транслокацию и внутриядерную компартментализацию рецептора. · Гормон-респонсивные элементы представляют собой короткие симметричные участки ДНК, которые служат энхансерами транскрипции. · Энхансер транскрипции, характерный для глюкокортикоидов, отличается по нуклеотидной последовательности от энхансеров других стероидных гормонов. · Ген, регулируемый гормоном, может содержать несколько (2—5) энхансерных участков. · они могут располагаться до начала кодирующей последовательности или непосредственно в области гена. · В неактивном состоянии рецептор стероидного гормона присутствует в клетке в виде комплекса с белком-ингибитором. · Для эстрогенов и кортизола белком-ингибитором служит шаперонный белок (-90 кДа), или белок теплового шока HSP-90. · Связывание с гормоном вызывает конформационные изменения в молекуле рецептора, приводящие к уменьшению его сродства к белку-ингибитору и диссоциации комплекса с освобождением и последующей димеризацией активных рецепторов. Димеризация вызывает повышение сродства комплекса к ДНК. Что дальше? · Связывание рецепторного комплекса с энхансерным участком вызывает стимуляцию транскрипции соседних генов. · Стероидный гормон может стимулировать экспрессию сразу нескольких белков путем двухстадийной стимуляции экспрессии генов. · На первой стадии инициируется экспрессия нескольких белков в результате непосредственной индукции транскрипции димерными лиганд-рецепторными комплексами (первичный ответ). · На второй стадии белки первичного ответа активируют ряд других генов и вызывают экспрессию белков, выполняющих другие физиологические функции (вторичный ответ). · Один и тот же гормон может вызывать различные физиологические эффекты в разных тканях. · Физиологические эффекты стероидных гормонов определяются природой гормона и типом клетки-мишени. Они передают сигнал первичного мессенджера через плазматическую мембрану. Эйкозаноиды. Глюкокортикоиды.

В отличие от внутриклеточных рецепторов стероидных и тиреоидных гормонов рецепторы клеточной поверхности не участвуют непосредственно в регуляции экспрессии генов. Рецепторы клеточной поверхности. · Рецепторы, сопряженные с G-белками. · Регулируемые ионные каналы. · Рецепторы, ассоциированные с цитозольными тирозиновыми протеинкиназами. · Каталитические рецепторы, Гуанилатциклаза, Тирозинфосфатаза, Серин/треонинкиназа, Тирозинкиназа.

· Связывание лиганда с рецептором приводит к активации G-белков Активированный G-белок изменяет активность молекулярных мишеней – аденилатциклазы, фосфолипазы, ионных каналов, сGMP- фосфодиэстеразы · Рецепторы этого типа реагируют на небольшие молекулы (катехоламины, пептиды, хемокины). Лиганды: Адреналин, глюкагон,серотонин. · Имеют широкую субстратную специфичность.

· Различные типы рецепторов взаимодействуют либо со стимуляторным (Gs), либо с ингибиторным (Gi) белком. · Адреналин связывается с четырьмя различными типами адренэргических рецепторов: α1, α2, β1, β2. · Связывание адреналина с α1-рецепторами - не влияет на аденилатциклазу · С β1 и β2 –рецепторами – стимулирует. · С α2 – рецептором ингибирует аденилатциклазу. Рецепторы, ассоциированные с тирозинкиназой (эритропоэтин, интерфероны). Регулируемые ионные каналы (ацетилхолин). Эффект зависит от типа рецептора.

Связывание лиганда с рецепторным белком канала вызывает открытие канала, приводящее к входу или выходу необходимых ионов. · Результатом активации канала является изменение мембранного потенциала или внутриклеточного уровня вторичных мессенджеров.

· Присоединение лиганда приводит к димеризации рецепторов, активации киназного каталитического домена, который фосфорилирует цитоплазматические субстраты. Рецепторами могут быть: тирозинкиназы, треонинкиназы · Часто разделены на сигнал-передающие субъединицы. · Оказывают дублирующее и плейотропное действие. · Суперсемейство цитокиновых рецепторов.

· Гуанилатциклаза. · Тирозинфосфатаза. · Серин/треонинкиназа. · Тирозинкиназа. Рецепторы с фосфатазной активностью. Рецепторная гуанилатциклаза. Рецептор предсердного натрийуретического фактора (ПНФ). · Связывание ПНФ вызывает активацию каталитического домена гуанилатциклазы. · Активация этого рецептора приводит к входу ионов натрия в клетку.

· Лиганд активирует цитоплазматический фосфатазный домен.

· Являются аллостерическими ферментами. · Осуществляют автофосфорилирование. · Димеризация рецепторов способствует каталитической тирозинкиназной активности. · Автофосфорилирование является сигналом к рецептор-опосредованному эндоцитозу лиганд-рецепторных комплексов. · Рецептор-опосредованный эндоцитоз инактивирует сигнальные молекулы и снижает плотность рецепторов на клеточной поверхности. Рецепторные серин/треонинкиназы (трансформирующий фактор роста β) · При взаимодействии с лигандом происходит автофосфорилирование каталитических доменов. · Фосфорилирование и активация цитозольных факторов транскрипции Smad · В ядре Smad индуцирует транскрипцию генов, ответственных за действие ТФРβ.

Рецепторные тирозинкиназы (инсулин, эпидермальный фактор роста) · При связывании лиганда с рецептором активируются тирозинкиназы, нековалентно связанные с поверхностным рецептором. · Происходит димеризация рецепторов с последующим трансфосфорилированием. Взаимодействие Ras-белка с РТП. Ras-белок. RAS - белок. SH2-белки. Рецепторные тирозинкиназы (РТП).

Src homology domain связывает: · Адапторные белки GRB2 и Shc. · Эстафетный белок IRS1(insulin reseptor substrate). · GAP (белок, активирующий ГТФазу). · Протеинфосфатазы SYP и Ship (фосфатаза ИФ5. · Фосфатидилинозитол-3-киназу и фосфолипазу Сγ. · Факторы транскрипции STAT 1-5. · Cтруктурный белок тензин (фокальная адгезия). · Переключатель, способен запускать и отменять внутриклеточный каскад передачи сигнала. · Неактивное состояние RAS –ГДФ. · Связывание факторов роста индуцирует образование RAS -ГТФ.

· Связывание Ras с N-концевым доменом Raf (серин/треониновая протеинкиназа). · Связывание и фосфорилирование Мек (тирозин/сериновая протеинкиназа). · Фосфорилирование и активация Мар-киназы (серин/треониновая протеинкиназа). · Изменение метаболизма, секреторной, пролиферативной, миграционной активности клетки. Кроме разработки новых материалов, ученые постоянно сообщают о технологических открытиях, которые базируются на «интеллектуальном потенциале» природы. Например, в октябре 2003 года в исследовательском центре Xerox в Пало Альто разработали новую технологию подающего механизма для копиров и принтеров. В устройстве AirJet разработчики скопировали поведение стаи термитов, где каждый термит принимает независимые решения, но при этом стая движется к общей цели, например, построению гнезда. Сконструированная в Пало Альто печатная схема оснащена множеством воздушных сопел, каждое из которых действует независимо, без команд центрального процессора, однако в то же время они способствуют выполнению общей задачи — продвижению бумаги. В устройстве отсутствуют подвижные части, что позволяет удешевить производство. Каждая печатная схема содержит 144 набора по 4 сопла, направленных в разные стороны, а также 32 тыс. оптических сенсоров и микроконтроллеров

Бегающие и прыгающие роботы. Самые преданные адепты бионики — это инженеры, которые занимаются конструированием роботов. Сегодня среди разработчиков весьма популярна точка зрения, что в будущем роботы (подробнее о робототехнике см. здесь) смогут эффективно действовать только в том случае, если они будут максимально похожи на людей. Ученые и инженеры исходят из того, что им придется функционировать в городских и домашних условиях, то есть в «человеческом» интерьере — с лестницами, дверями и другими препятствиями специфического размера. Поэтому, как минимум, они обязаны соответствовать человеку по размеру и по принципам передвижения. Другими словами, у робота обязательно должны быть ноги (колеса, гусеницы и прочее не подходит для города). У кого копировать конструкцию ног, если не у животных? В направлении создания прямоходящих двуногих роботов дальше всех продвинулись ученые из Стенфордского университета. Они уже почти три года экспериментируют с миниатюрным 6-ти ногим роботом, гексаподом, построенным по результатам изучения системы передвижения таракана. Первый гексапод был сконструирован 25 января 2000 г.:

Сейчас конструкция бегает весьма шустро — со скоростью 55 см (более трех собственных длин) в секунду — и так же успешно преодолевает препятствия. В Стенфорде так же разработан одноногий прыгающий монопод человеческого роста, который способен удерживать неустойчивое равновесие, постоянно прыгая. Как известно, человек перемещается путем «падения» с одной ноги на другую и большую часть времени проводит на одной ноге. В перспективе ученые из Стенфорда надеялись создать 2-ногого робота с человеческой системой ходьбы, о системе ходьбы можно прочитать в более ранних главах.