Spis treści

1. Działanie przekaźników wtórnych
   1.1. Kinazy białkowe
   1.2. Fosforylacja białek

 

Przekaźnikami wtórnymi są substancje chemiczne o małej masie molekularnej. Powstają w komórce dzięki aktywności enzymów, które z kolei są stymulowane połączeniem odpowiedniej cząsteczki (liganda) i receptora. Cząsteczką przyłączaną do receptora może być na przykład białko G (białko adaptorowe).

Aby dany związek mógł zostać zaliczony do grupy przekaźników wtórnych, musi spełniać dwa kryteria. Pierwsze dotyczy jego stężenia w komórce, które powinno być niskie. Stężenie to powinno zwiększać się po pobudzeniu komórki oraz szybko wracać do początkowej wartości. Kolejne kryterium dotyczy reakcji, którą ma wywoływać zwiększające się stężenie. Reakcja ta ma być kaskadą następujących po sobie wydarzeń, prowadzącą do właściwej odpowiedzi. Do czynników spełniających dwa powyższe warunki należą związki oznaczane skrótami: cAMP, cGMP, pochodne fosfatydyloinozytolu (IP3 i DAG) oraz jony wapnia (Ca2+).

  • cAMP – jest to cykliczny adenozynomonofosforan, który powstaje z adenozynotrifosforanu (ATP) w synapsach o charakterze pobudzającym pod wpływem działania enzymu cyklazy adenylanowej. W wyniku działania tego enzymu od ATP zostają odłączone dwa aniony wodorofosforanowe, a pozostała reszta kwasu fosforowego przekształca się w formę cykliczną. Forma cykliczna adenozynomonofosforanu jest formą aktywną tej cząsteczki. Inaktywacja jej następuje pod wpływem działania enzymu o nazwie fosfodiesteraza, w wyniku czego reszta kwasu fosforowego ulega przekształceniu i powstaje niecykliczne AMP, które nie jest aktywne. Pobudzenie cyklazy adenylowej następuje pod wpływem działania białka pobudzającego Gs (s-stimulatory), obecnego w synapsach pobudzających. W synapsach o działaniu hamującym obecne jest białko hamujące Gi (i-inhibitory), które blokuje działanie cyklazy adenylowej, a tym samym w komórce nie powstaje cAMP. Rola cAMP polega na pośrednim działaniu na niektóre hormony, na przykład noradrenalinę. Ma on także udział w przemieszczaniu się przez błonę jonów sodu i potasu;
  • cGMP – jest to cykliczny guanozynomonofosforan, powstający z kwasu guanozynotriozofosforanowego (GTP) pod wpływem działania cyklazy guanylanowej. Podobnie jak w poprzednim przypadku, następuje odłączenie dwóch reszt kwasu fosforowego oraz cyklizacja. Za stymulowanie cyklazy guanylanowej, a więc także za syntezę cGMP odpowiedzialny jest tlenek azotu (NO). Ten ostatni z kolei powstaje z aminokwasu argininy. Działanie tego tlenku nie jest ograniczone tylko do neuronu, w którym został utworzony, ponieważ jako gaz łatwo może go opuszczać, a także przechodzić do innych neuronów i tam aktywować odpowiednią cyklazę potrzebną do syntezy cGMP. Główna rola cGMP polega na uczestniczeniu w procesie widzenia, a także odpowiada za powstawanie i przekazywanie informacji nerwowej.
  • Pochodne fosfatydyloinozytolu – związki te powstają w wyniku przekształcenia fosfatydyloinozytolu, należącego do fosfolipidów budujących błonę komórek nerwowych. Cząsteczki tego prekursora znajdują się po wewnętrznej stronie błony komórki postsynaptycznej. W bezpośrednim otoczeniu tego fosfolipidu obecny jest receptor metabotropowy, sprzężone z nim białko G oraz fosfolipaza C, będąca enzymem. Po zadziałaniu odpowiedniego czynnika na receptor następuje aktywacja białka G, które z kolei przyczynia się do aktywacji fosfolipazy C, katalizującej dalsze przekształcenie fosfatydyloinozytolu w jego pochodne. W wyniku tego ostatniego przekształcenia otrzymywane są trifosforan inozytolu (IP3) oraz diacyloglicerol (DAG). Trifosforan inozytolu odgrywa bardzo ważną rolę w komórkach Purkiniego, czyli komórkach GABA-ergicznych. Drugi natomiast jest substancją niezbędną w kontrolowaniu przepływu jonów sodu (Na+).
  • Jony wapnia (Ca2+) – jeden z przekaźników wtórnych. Jony wapnia w komórce występują przeważnie w postaci związanej, a tylko nieliczne pojawiają się w postaci wolnej. Dzięki obecności niektórych przekaźników, możliwe jest otwieranie kanałów wapniowych oraz przepływ jonów wapnia z zewnątrz do wnętrza komórki. Jednym z taki przekaźników jest kwas glutaminowy. Oprócz jonów, które można dostarczyć z zewnątrz, w komórce znajdują się dodatkowe ilości zmagazynowanego wapnia, który występuje głównie w mitochondriach czy w siateczce śródplazmatycznej. Z tych organelli wewnątrzkomórkowych, pod wpływem innych przekaźników wtórnych (IP3), jony wapnia mogą być uwalniane do cytpolazmy. Rola jonów wapnia polega głównie na uwalnianiu neuroprzekaźników z pęcherzyków z zakończenia presynaptycznego do szczeliny międzysynaptycznej.

 

1. Działanie przekaźników wtórnych

Najbardziej charakterystyczny skutek działania przekaźników wtórnych polega na wywoływaniu zmian w metabolizmie komórek. W wyniku tych modyfikacji możliwe jest zwiększenie liczby aktywnych synaps, może także dojść do wzmożenia pobudliwości komórek, dzięki czemu nastąpi zwiększona czynność wydzielnicza. Zmiany te są wywoływane poprzez uaktywnienie w komórce działania enzymów, które nazywane są kinazami białkowymi. Za uaktywnienie to odpowiadają właśnie przekaźniki wtórne. Z kolei kinazy białkowe mają za zadanie katalizowanie procesu fosforylacji białek.

 

1.1. Kinazy białkowe

Kinazami białkowymi nazywa się enzymy składające się z dwóch części o różnych funkcjach. Część kinazy, do której przyłącza się przekaźnik wtórny, nazywa się częścią regulacyjną, a przyłączenie to powoduje uaktywnienie kinazy. Druga część natomiast odpowiada za właściwe działanie fosforylujące i nazywana jest częścią katalityczną. DO najlepiej poznanych kinaz białkowych należą:

  • kinaza A – zależna od cAMP – cząsteczki są przyłączone do cytoplazmy, czyli są w bliskim sąsiedztwie białek, na które działają. Bardzo ważnym elementem tych kinaz jest domena katalityczna, posiadająca zdolność do odłączania się od części regulacyjnej. W takiej postaci jest ona w stanie wnikać do jądra, gdzie działa stymulująco na ekspresję genów;
  • kinaza G (zależna od cGMP) – bardzo podobna do kinazy A, jednakże występująca w komórce w znacznie mniejszej ilości i w związku z tym mająca mniejszy udział w zmianach zachodzących w jej metabolizmie;
  • kinaza K (zależna od diacyloglicerolu – DAG) – cząsteczki znajdujące się w cytoplazmie w postaci nieaktywnej. Aktywacja jej zależna jest od udziału DAG. Po aktywowaniu wraz z jonami wapnia trafia do błony komórkowej, w której fosforyluje białka;
  • kinaza CaM (zależna od kompleksu Ca2+/kalmodulina) – kompleks ten zostaje przyłączony do części regulatorowej kinazy i wtedy jest ona zdolna do fosforylacji białek.

 

1.2. Fosforylacja białek

Reakcja polegająca na przyłączeniu reszty kwasu fosforowego do białka. W wyniku tego zabiegu zostaje zmieniona struktura białek, natomiast w przypadku, gdy ufosforylowaniu ulega białko funkcyjne – do zmiany jego funkcji. Dzięki reakcji przeniesienia reszt fosforanowych na białko dochodzi do aktywacji enzymów, które odgrywają kluczową rolę w przemianie materii.

Wewnątrz komórek nerwowych może dochodzić do dwóch rodzajów fosforylacji. Pierwszy polega na przyłączeniu reszty kwasu fosforowego do cząsteczki aminokwasu, seryny bądź treoniny, budującego białka. Proces ten zachodzi pod wpływem działania neuroprzekaźnika na receptor metabotropowy. Drugi mechanizm, zachodzący pod wpływem działania na przykład czynnika wzrostu, polega na połączeniu reszty kwasu fosforowego z aminokwasem o nazwie tyrozyna. Proces, podczas którego dane białko ulega fosforylacji, może być wynikiem działania wielu kinaz. W takim przypadku rozróżnia się: synergistyczne działanie kinaz – łączny efekt jest zwiększony, bądź antagonistyczne – łączny efekt jest osłabiony.

Bibliografia:
1. Sadowski B., Biologiczne mechanizmy zachowania się ludzi i zwierząt, PWN, 2009
2. Red. Nowak, J. I in., Receptory i mechanizmy przekazywania sygnału, PWN, 2004

Dodaj komentarz