معلومة

ما هو التناظر الداخلي في بروتينات الغشاء؟

ما هو التناظر الداخلي في بروتينات الغشاء؟



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.

لقد صادفت مصطلح "التناظر الداخلي" في سياق بروتينات الغشاء ، لكنني لم أجد تعريفًا مرضيًا.

أجد صعوبة في معرفة ما يعنيه هذا المصطلح بالضبط ... ما هو مستوى هذا التناظر رأيت على؟ هل الثنائيات المتناظرة أم يمكن أن يكون المونومر متماثلًا داخليًا أيضًا?


يشير التناظر الداخلي في هذه الحالة إلى الحالات التي يمكن فيها فرض جزء من بنية البروتين (تقريبًا) على جزء آخر. إنه ليس تناظرًا رياضيًا صارمًا ، بل إنه `` تشابه ''

على سبيل المثال ، في 12 ناقلًا حلزونيًا عبر الغشاء ، يتم ترتيب الحلزونات الستة الأولى بشكل مشابه للستة الثانية ، بحيث إذا قام أحدهم بقطع البروتين إلى نصف واحد ، فسوف يرى النصفين (تقريبًا) متراكبين.

يوضح الشكل 3 من Nature Micro ذلك بوضوح. http://www.nature.com/articles/nmicrobiol20159 حيث يمكن تدوير الحلزونات الزرقاء في 3 أ 180 درجة ثم تبدو متشابهة جدًا في الترتيب مع الحلزونات الصفراء.


بروتين غشائي متكامل

ان بروتين غشائي متكامل (عفريت) هو نوع من بروتين الغشاء يرتبط بشكل دائم بالغشاء البيولوجي. جميع بروتينات الغشاء عبارة عن IMPs ، ولكن ليست كل بروتينات IMPs عبارة عن بروتينات عبر الغشاء. [1] تشكل IMPs جزءًا مهمًا من البروتينات المشفرة في جينوم الكائن الحي. [2] البروتينات التي تعبر الغشاء محاطة بالدهون الحلقيّة ، والتي تُعرّف على أنها دهون على اتصال مباشر ببروتين غشائي. لا يمكن فصل هذه البروتينات عن الأغشية إلا باستخدام المنظفات ، أو المذيبات غير القطبية ، أو في بعض الأحيان عوامل تغيير الطبيعة.


محتويات

تحرير عدم التماثل

تتكون الطبقة الدهنية الثنائية من طبقتين - نشرة خارجية ونشرة داخلية. [1] يتم توزيع مكونات الطبقات الثنائية بشكل غير متساو بين السطحين لخلق عدم تناسق بين السطحين الخارجي والداخلي. [2] هذا التنظيم غير المتماثل مهم لوظائف الخلية مثل إشارات الخلية. [3] عدم تناسق الغشاء البيولوجي يعكس الوظائف المختلفة لوشريتي الغشاء. [4] كما هو موضح في نموذج الغشاء المائع للطبقة الثنائية الفوسفورية ، فإن النشرة الخارجية والنشرة الداخلية للغشاء غير متماثلتين في تركيبهما. ترتكز بعض البروتينات والدهون على سطح واحد فقط من الغشاء دون الآخر.

• كل من غشاء البلازما والأغشية الداخلية لهما وجوه خلوية وخارجية. • يتم الحفاظ على هذا الاتجاه أثناء تهريب الأغشية - يتم التعبير عن البروتينات ، والدهون ، ومقارنات السكر التي تواجه تجويف ER و Golgi على الجانب خارج الخلية من غشاء البلازما. في الخلايا حقيقية النواة ، يتم تصنيع الدهون الفوسفورية الجديدة بواسطة إنزيمات مرتبطة بجزء من الغشاء الشبكي الإندوبلازمي الذي يواجه العصارة الخلوية. [5] هذه الإنزيمات ، التي تستخدم الأحماض الدهنية الحرة كركائز ، تودع كل الدهون الفسفورية الحديثة الصنع في النصف العصاري الخلوي من الطبقة الثنائية. لتمكين الغشاء ككل من النمو بشكل متساوٍ ، يجب نقل نصف جزيئات الفسفوليبيد الجديدة إلى الطبقة أحادية الطبقة المعاكسة. يتم تحفيز هذا النقل بواسطة إنزيمات تسمى flippases. في غشاء البلازما ، تقوم flippases بنقل فوسفوليبيدات معينة بشكل انتقائي ، بحيث تتركز الأنواع المختلفة في كل طبقة أحادية. [5]

ومع ذلك ، فإن استخدام flippases الانتقائية ليس الطريقة الوحيدة لإنتاج عدم تناسق في طبقات الدهون الثنائية. على وجه الخصوص ، هناك آلية مختلفة تعمل مع الجليكوليبيدات - وهي الدهون التي تظهر التوزيع غير المتماثل الأكثر لفتًا للانتباه والاتساق في الخلايا الحيوانية. [5]

تحرير الدهون

يتكون الغشاء البيولوجي من دهون ذات ذيول كارهة للماء ورؤوس محبة للماء. [6] ذيول كارهة للماء هي ذيول هيدروكربونية طولها وتشبعها مهمان في توصيف الخلية. [7] تحدث الأطواف الدهنية عندما تتجمع أنواع الدهون والبروتينات في مجالات في الغشاء. هذه تساعد في تنظيم مكونات الغشاء في مناطق موضعية تشارك في عمليات محددة ، مثل تحويل الإشارة.

خلايا الدم الحمراء ، أو كريات الدم الحمراء ، لها تركيبة دهنية فريدة. تتكون الطبقة الثنائية من خلايا الدم الحمراء من الكوليسترول والفوسفوليبيد بنسب متساوية من حيث الوزن. [7] يلعب غشاء كرات الدم الحمراء دورًا مهمًا في تخثر الدم. يوجد فوسفاتيديل سيرين في الطبقة الثنائية من خلايا الدم الحمراء. [8] هذا عادة في الجانب السيتوبلازمي من الغشاء. ومع ذلك ، يتم قلبه إلى الغشاء الخارجي لاستخدامه أثناء تخثر الدم. [8]

تحرير البروتينات

تحتوي الطبقات الثنائية الفسفوليبيدية على بروتينات مختلفة. هذه البروتينات الغشائية لها وظائف وخصائص مختلفة وتحفز التفاعلات الكيميائية المختلفة. تمتد البروتينات المتكاملة على الأغشية بمجالات مختلفة على كلا الجانبين. [6] ترتبط البروتينات المتكاملة ارتباطًا وثيقًا بطبقة الدهون الثنائية ولا يمكن فصلها بسهولة. [9] سوف ينفصلون فقط عن طريق المعالجة الكيميائية التي تكسر الغشاء. تختلف البروتينات المحيطية عن البروتينات المتكاملة من حيث أنها تمتلك تفاعلات ضعيفة مع سطح الطبقة الثنائية ويمكن أن تنفصل بسهولة عن الغشاء. [6] توجد البروتينات الطرفية على وجه واحد فقط من الغشاء وتخلق عدم تناسق في الغشاء.

بعض الأمثلة على بروتينات غشاء البلازما ووظائفها
الدرجة الوظيفية مثال على البروتين وظيفة محددة
الناقلون مضخة Na + يضخ بنشاط Na + خارج الخلايا و K + in
المراسي انتجرينز ربط خيوط الأكتين داخل الخلايا ببروتينات المصفوفة خارج الخلية
مستقبلات مستقبل عامل النمو المشتق من الصفائح الدموية يربط PDGF خارج الخلية ، ونتيجة لذلك ، يولد إشارات داخل الخلايا تتسبب في نمو الخلية وانقسامها
الانزيمات adenylyl cyclase يحفز إنتاج جزيء الإشارات الدوري داخل الخلايا AMP استجابة للإشارات خارج الخلية

تحرير قليل السكريات

السكريات قليلة السكريات هي عبارة عن بوليمرات تحتوي على السكر. في الغشاء ، يمكن أن ترتبط تساهميًا بالدهون لتكوين شحميات سكرية أو مرتبطة تساهميًا بالبروتينات لتكوين البروتينات السكرية. تحتوي الأغشية على جزيئات دهنية تحتوي على السكر تُعرف باسم جليكوليبيدات. في الطبقة الثنائية ، تتعرض مجموعات السكر من الجليكوليبيدات على سطح الخلية ، حيث يمكنها تكوين روابط هيدروجينية. [9] تقدم الجليكوليبيدات المثال الأكثر تطرفًا لعدم التناسق في طبقة الدهون الثنائية. [10] تؤدي الشحوم السكرية عددًا كبيرًا من الوظائف في الغشاء البيولوجي التي تكون تواصلية بشكل أساسي ، بما في ذلك التعرف على الخلايا والالتصاق بالخلية الخلوية. البروتينات السكرية هي بروتينات متكاملة. [2] يلعبون دورًا مهمًا في الاستجابة المناعية والحماية. [11]

تتكون طبقة الفسفوليبيد الثنائية بسبب تراكم الدهون الغشائية في المحاليل المائية. [4] يحدث التجمع بسبب تأثير كاره للماء ، حيث تتلامس الأطراف الكارهة للماء مع بعضها البعض ويتم عزلها بعيدًا عن الماء. [6] يعمل هذا الترتيب على زيادة الترابط الهيدروجيني بين الرؤوس المحبة للماء والماء مع تقليل التلامس غير المواتي بين ذيول كارهة للماء والماء. [10] الزيادة في الروابط الهيدروجينية المتاحة تزيد من إنتروبيا النظام ، مما يخلق عملية عفوية.

الجزيئات البيولوجية هي amphiphilic أو amphipathic ، أي هي في نفس الوقت كارهة للماء ومحبة للماء. [6] تحتوي طبقة الفسفوليبيد الثنائية على مجموعات رأس محبة للماء مشحونة ، والتي تتفاعل مع الماء القطبي. تحتوي الطبقات أيضًا على ذيول كارهة للماء ، تلتقي مع ذيول كارهة للماء للطبقة التكميلية. تكون ذيول الكارهة للماء عادةً أحماض دهنية تختلف في أطوالها. [10] تحدد تفاعلات الدهون ، وخاصة ذيول الكارهة للماء ، الخصائص الفيزيائية للطبقة الدهنية الثنائية مثل السيولة.

تحدد الأغشية الموجودة في الخلايا عادةً المساحات المغلقة أو المقصورات التي قد تحافظ فيها الخلايا على بيئة كيميائية أو كيميائية حيوية تختلف عن الخارج. على سبيل المثال ، يحمي الغشاء المحيط بالبيروكسيسومات بقية الخلية من البيروكسيدات ، والمواد الكيميائية التي يمكن أن تكون سامة للخلية ، ويفصل غشاء الخلية الخلية عن الوسط المحيط بها. البيروكسيسومات هي أحد أشكال الفجوة الموجودة في الخلية والتي تحتوي على منتجات ثانوية للتفاعلات الكيميائية داخل الخلية. يتم تعريف معظم العضيات بواسطة هذه الأغشية ، وتسمى العضيات "المرتبطة بالغشاء".

تحرير النفاذية الانتقائية

ربما تكون أهم ميزة في الغشاء الحيوي هي أنه هيكل قابل للاختراق بشكل انتقائي. هذا يعني أن الحجم والشحنة والخصائص الكيميائية الأخرى للذرات والجزيئات التي تحاول عبورها ستحدد ما إذا كانت ستنجح في القيام بذلك. النفاذية الانتقائية ضرورية للفصل الفعال للخلية أو العضية عن محيطها. تحتوي الأغشية البيولوجية أيضًا على خصائص ميكانيكية أو مرنة تسمح لها بتغيير الشكل والتحرك حسب الحاجة.

بشكل عام ، يمكن للجزيئات الصغيرة الكارهة للماء عبور طبقات ثنائية الفسفوليبيد بسهولة عن طريق الانتشار البسيط. [12]

تدخل الجسيمات المطلوبة للوظيفة الخلوية ولكنها غير قادرة على الانتشار بحرية عبر غشاء من خلال بروتين نقل غشاء أو يتم أخذها عن طريق الالتقام الخلوي ، حيث يسمح الغشاء بفجوة للانضمام إليها ودفع محتوياتها إلى الخلية. يمكن للعديد من أنواع أغشية البلازما المتخصصة فصل الخلايا عن البيئة الخارجية: القمية ، والقاعدية ، وما قبل المشبكية ، وما بعد المشبكية ، وأغشية الأسواط ، والأهداب ، والميكروفيلوس ، والقدم الخيطي ، والقدم الشحمي ، والغشاء المخاطي للخلايا العضلية ، وكذلك أغشية العمود الفقري المتخصصة المايلين والتشجير. الخلايا العصبية. يمكن أن تشكل أغشية البلازما أيضًا أنواعًا مختلفة من الهياكل "فوق الغشاء" مثل الكهوف ، وكثافة ما بعد المشبكي ، والبودوسوم ، والغزوات ، والديسموسوم ، والدموسوم ، والالتصاق البؤري ، وتقاطعات الخلايا. تختلف هذه الأنواع من الأغشية في تكوين الدهون والبروتينات.

تخلق أنواع مميزة من الأغشية أيضًا عضيات داخل الخلايا: شبكية إندوسوم سلسة وخشنة شبكية إندوبلازمية شبكية ساركوبلازمية جهاز جولجي ميتوكوندريا حلزونية (أغشية داخلية وخارجية) نواة (أغشية داخلية وخارجية) حويصلات خلوية حويصلية حشوية حويصلية وحويصلات خلوية حويصلات مغلفة بـ COPI و COPII) وحويصلات إفرازية (بما في ذلك synaptosome ، acrosomes ، melanosomes ، وحبيبات chromaffin). تحتوي الأنواع المختلفة من الأغشية البيولوجية على تركيبات دهنية وبروتينية متنوعة. يحدد محتوى الأغشية خصائصها الفيزيائية والبيولوجية. تلعب بعض مكونات الأغشية دورًا رئيسيًا في الطب ، مثل مضخات التدفق التي تضخ الأدوية خارج الخلية.

تحرير السيولة

النواة الكارهة للماء لطبقة الفسفوليبيد ثنائية الحركة باستمرار بسبب الدوران حول روابط ذيول الدهون. [13] ذيول مسعور من ثني الطبقة الثنائية وقفلها معًا. ومع ذلك ، بسبب ارتباط الهيدروجين بالماء ، تظهر مجموعات الرأس المحبة للماء حركة أقل حيث يتم تقييد دورانها وحركتها. [13] ينتج عن هذا زيادة لزوجة طبقة ثنائية الدهون أقرب إلى الرؤوس المحبة للماء. [6]

تحت درجة حرارة التحول ، تفقد الطبقة الدهنية الثنائية السيولة عندما تظهر الدهون عالية الحركة حركة أقل لتصبح مادة صلبة شبيهة بالهلام. [14] تعتمد درجة حرارة التحول على مكونات طبقة ثنائية الدهون مثل طول سلسلة الهيدروكربون وتشبع أحماضها الدهنية. تشكل السيولة الناتجة عن الاعتماد على درجة الحرارة سمة فسيولوجية مهمة للبكتيريا والكائنات ذوات الدم البارد. تحافظ هذه الكائنات على سيولة ثابتة عن طريق تعديل تكوين الأحماض الدهنية الغشائية وفقًا لدرجات الحرارة المختلفة. [6]

في الخلايا الحيوانية ، يتم تعديل سيولة الغشاء عن طريق تضمين كوليسترول الستيرول. يتواجد هذا الجزيء بكميات كبيرة بشكل خاص في غشاء البلازما ، حيث يشكل حوالي 20٪ من الدهون في الغشاء بالوزن. نظرًا لأن جزيئات الكوليسترول قصيرة وصلبة ، فإنها تملأ الفراغات بين جزيئات الفسفوليبيد المجاورة التي خلفتها التواءات في ذيول الهيدروكربونات غير المشبعة. بهذه الطريقة ، يميل الكوليسترول إلى تقوية الطبقة الثنائية ، مما يجعلها أكثر صلابة وأقل نفاذية. [5]

بالنسبة لجميع الخلايا ، فإن سيولة الغشاء مهمة لأسباب عديدة. إنه يمكّن بروتينات الغشاء من الانتشار بسرعة في مستوى الطبقة الثنائية والتفاعل مع بعضها البعض ، كما هو مهم ، على سبيل المثال ، في إشارات الخلية. يسمح للدهون الغشائية والبروتينات بالانتشار من المواقع حيث يتم إدخالها في الطبقة الثنائية بعد تركيبها إلى مناطق أخرى من الخلية. يسمح للأغشية بالاندماج مع بعضها البعض وخلط جزيئاتها ، ويضمن توزيع جزيئات الغشاء بالتساوي بين الخلايا الوليدة عندما تنقسم الخلية. إذا لم تكن الأغشية البيولوجية سائلة ، فمن الصعب تخيل كيف يمكن للخلايا أن تعيش وتنمو وتتكاثر. [5]


ما هو التناظر الداخلي في بروتينات الغشاء؟ - مادة الاحياء

ملخص المقال:

الخلايا هي الوحدة الأساسية للحياة. تمتلك جميع الخلايا ميزة مشتركة تُعرف باسم الغشاء الخارجي الانتقائي المنفذ والذي يُسمى بغشاء الخلية أو غشاء البلازما. تحتوي جميع الخلايا حقيقية النواة تقريبًا على نظام أكثر تعقيدًا وتعقيدًا من الأغشية الداخلية. تؤدي هذه الأغشية الداخلية إلى ظهور غشاء مغطى بأجزاء مختلفة داخل كل خلية. تتكون أغشية الخلايا بشكل أساسي من الدهون والبروتينات.

يعمل غشاء البلازما كحدود بين الجزء الداخلي للخلية وكذلك السائل الخلوي الإضافي الذي يحيط بكل خلية. الدهون الموجودة بشكل رئيسي في غشاء البلازما هي الفسفوليبيدات. هذه الفسفوليبيدات هي برمائية مع الذيل الهيدروكربوني للجزيء محبة للماء ، حيث تكون الرؤوس القطبية محبة للماء بطبيعتها.
1. معظم الدهون الفسفورية الشائعة مثل الكوليسترول وفوسفاتيديل إيثانولامين موجودة في غشاء البلازما.
2. غشاء البلازما له سطح مائي على كلا الجانبين داخل وخارج الخلية. لذلك فإن الفسفوليبيد الموجود في غشاء الخلية يشكل بنية ثنائية الطبقة مع ذيول كارهة للماء تواجه بعضها البعض.

على الرغم من وجود جميع بروتينات الغشاء في الغشاء ، إلا أنها متنوعة من الناحية الهيكلية والوظيفية عن بعضها البعض. كل الغشاء البيولوجي له نفس البنية الأساسية للفوسفوليبيد ثنائية الطبقة ، والتي ترتبط بمجموعة من بروتينات الغشاء. تمكن هياكل البروتين الدهني والغشائي غشاء البلازما من القيام بجميع أنشطته البيولوجية.

ترتبط بعض البروتينات الموجودة في غشاء البلازما بسطح غشاء البلازما فقط ، بينما يوجد لدى البعض الآخر منطقة واحدة مقنعة داخل الغشاء ونطاقات على أحد جانبيها أو كلاهما.

في الغالب ، مجالات البروتين على سطح الغشاء خارج الخلية ، كما أنها تساعد في آلية إشارات الخلية. مجالات البروتين التي تتشكل داخل الغشاء ، وبشكل أكثر تحديدًا والتي تشكل قنوات ومسام في الغشاء تساعد في نقل الجزيئات الحيوية عبر الأغشية.
تتعامل مجالات البروتين التي تواجه الوجه العصاري الخلوي للغشاء مع مجموعة متنوعة من الوظائف البيولوجية ، مثل أنها تحفز مسارات الإشارات داخل الخلايا أو تعمل أيضًا كبروتينات الهيكل الخلوي.

يمكن تصنيف بروتينات الغشاء إلى نوعين رئيسيين من البروتينات مثل البروتينات المتكاملة أو بعبارة أخرى كبروتينات داخلية وطرفية أو خارجية اعتمادًا على طبيعة تفاعلات بروتين الغشاء. تحتوي معظم الأغشية الحيوية أو أغشية البلازما أو غشاء الخلية على كلا النوعين من بروتينات الغشاء.

البروتينات الغشائية المتكاملة:

تسمى بروتينات الغشاء المتكامل أيضًا بالبروتينات الجوهرية ، حيث يتم تضمين جزء واحد أو أكثر من هذه البروتينات في طبقة ثنائية الفوسفوليبيد لغشاء الخلية. ترتبط العديد من البروتينات بغشاء البلازما أو غشاء الخلية بإحكام. تحتوي البروتينات المتكاملة أيضًا على بعض المخلفات ذات السلاسل الجانبية الكارهة للماء والتي تتفاعل مع مجموعات الأسيل الدهنية للفوسفوليبيدات الموجودة في الغشاء. هذا يساعد في تمكين ترسيخ البروتينات بقوة في غشاء الخلية.

تمتد معظم البروتينات المتكاملة على طبقة ثنائية الفسفوليبيد بأكملها. تحتوي بروتينات الغشاء الموجودة في غشاء البلازما على واحد أو أكثر من المجالات الممتدة للغشاء. تتكون هذه المجالات من أربع إلى عدة مئات من البقايا ، والتي تمتد أيضًا إلى الوسط المائي على جانبي الطبقة الثنائية.

يوجد نوعان من المجالات الممتدة للغشاء مثل حلزون ألفا أو أكثر أو خيوط متعددة في بروتينات الغشاء. تشكل البروتينات التي تحتوي على سبعة حلزونات ألفا تمتد على الأغشية فئة مهمة جدًا وكبيرة أيضًا تتضمن العديد من مستقبلات سطح الخلية وأيضًا بكتيريودوبسين.

تمتد بعض بروتينات الغشاء عبر غشاء الخلية ثنائي الطبقة عدة مرات وتشكل قناة محبة للماء يمكن من خلالها دخول أيونات وجزيئات معينة إلى الخلية أو مغادرتها. على سبيل المثال ، كل مستقبلات البروتين G المقترنة مثل مستقبلات هرمونات الببتيد. تمتد جميع المستقبلات على غشاء الخلية أو غشاء البلازما سبع مرات.

يتكون بروتين الغشاء الذي يشكل الأجزاء داخل طبقة ثنائية الدهون من أحماض أمينية كارهة للماء. بعض أجزاء بروتين الغشاء المسقط من طبقة ثنائية الفوسفوليبيد مصنوعة في الغالب من الأحماض الأمينية المحبة للماء. عادة ما تتكون البروتينات التي تتدفق في المحيط المائي للخلية من بروتين سكري ، والذي يحتوي أيضًا على العديد من بقايا السكر المحبة للماء والتي ترتبط بجزء من عديد الببتيدات المكشوفة على سطح الخلية.

حول المؤلف / معلومات إضافية:

إخلاء مسؤولية هام: جميع المقالات الموجودة على هذا الموقع هي معلومات عامة فقط وليست نصيحة احترافية أو خبراء. لا نتحمل أي مسؤولية عن صحة أو صحة المعلومات الواردة في هذه المقالة ، أو أي خسارة أو إصابة ناتجة عن ذلك. نحن لا نصادق على هذه المقالات ، ولسنا تابعين لمؤلفي هذه المقالات ولسنا مسؤولين عن محتواها. يرجى الاطلاع على قسم إخلاء المسؤولية للحصول على الشروط الكاملة.


مقالات أخرى ذات صلة

تعليقات؟

الاقتباس

مراجع

هانز يواكيم ويرنر وكلاوس شولتن وألبرت ويلر. يساهم نقل الإلكترون وتبادل السبين في اعتماد المجال المغناطيسي للتفاعل الكيميائي الضوئي الأولي لعملية التمثيل الضوئي البكتيرية. Biochimica et Biophysica Acta, 502:255-268, 1978.

Oded B & # 233j & # 227 وآخرون ، بكتيرية رودوبسين: دليل على نوع جديد من التغذية الضوئية في البحر. علم 289:1902, 2000.

ديتر أوستيرهيلت ووالتر ستويكينيوس. رودوبسين مثل البروتين من الغشاء الأرجواني هالوباكتيريوم هالوبيوم. طبيعة بيولوجيا جديدة 233:149-152, 1971.

ديتر أوستيرهيلت ووالتر ستويكينيوس. وظيفة غشاء مستقبِل ضوئي جديد. PNAS الولايات المتحدة الأمريكية 70:2853-2857, 1973.

والتر ستويكينيوس. الغشاء الأرجواني للبكتيريا المحبة للملح. Scientific American. 234(6)38-46, 1976.

ريتشارد هندرسون. الغشاء الأرجواني من هالوباكتيريوم هالوبيوم. آن. القس بيوفيس. بيونج. 6:87-109, 1977.

"هارتموت ميشيل - السيرة الذاتية". Nobelprize.org. نوبل ميديا ​​AB 2014. الويب. 29 يوليو 2014. http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates /1988/michel-bio.html

هيلموت هيلر ومايكل شايفر وكلاوس شولتن. محاكاة الديناميات الجزيئية لطبقة ثنائية تتكون من 200 دهون في الهلام وفي مراحل الكريستال السائل. مجلة الكيمياء الفيزيائية, 97:8343-8360, 1993.

غاري أ توبيس. صعود وسقوط آلات التفكير. شركة.، 15 سبتمبر 1995.

عماد تاج خورشيد ، بيتر نولرت ، مورتن & # 216. جنسن ، ولاري جي دبليو ميرك ، وجوزيف أوكونيل ، وروبرت إم ستراود ، وكلاوس شولتن. التحكم في انتقائية عائلة قناة المياه aquaporin عن طريق الضبط التوجيهي العالمي. علم, 296:525-530, 2002.

جاستن جولينجسرود ودورينا كوزتين وكلاوس شولتن. تمت دراسة المحددات الهيكلية لبوابات MscL بواسطة محاكاة الديناميكيات الجزيئية. مجلة بيوفيزيائية, 80:2074-2081, 2001.

ماركوس سوتومايور وكلاوس شولتن. دراسة الديناميات الجزيئية للبوابات في قناة حساسة للميكانيكا للموصلية الصغيرة MscS. مجلة بيوفيزيائية, 87:3050-3065, 2004.

ماركوس سوتومايور وترودي إيه فان دير ستراتن وأومبرتو رافايولي وكلاوس شولتن. الخواص الكهروستاتيكية للقناة الحساسة للميكانيك MscS الموصلية الصغيرة. مجلة بيوفيزيائية, 90:3496-3510, 2006.

Valeria V & # 225squez و Marcos Sotomayor و Julio Cordero-Morales و Klaus Schulten و Eduardo Perozo. آلية هيكلية لبوابات MscS في طبقات الدهون الثنائية. علم, 321:1210-1214, 2008.

وينجيان وانج ، سوزان إس بلاك ، ميشيل دي إدواردز ، سامانثا ميلر ، إيما إل موريسون ، ويندي بارتليت ، تشانغجيانغ دونج ، جيمس إتش نايسميث ، إيان ر. بوث. هيكل النموذج المفتوح لملف بكتريا قولونية قناة حساسة للميكانيكا بدقة 3.45 & # 197. علم, 32:1179-1183, 2008.

جيمس جومبارت وكلاوس شولتن. دراسات الديناميات الجزيئية للتربوكون الأثري. مجلة بيوفيزيائية, 90:2356-2367, 2006.

جيمس جومبارت وليوناردو ج. ترابوكو وإدوارد شراينر وإليزابيث فيلا وكلاوس شولتن. تنظيم القناة الموصلة للبروتين بواسطة الريبوسوم المرتبط. بنية, 17:1453-1464, 2009.

جينس فراونفيلد ، جيمس جومبارت ، إيلي أو.فان دير سلويس ، سوليداد فونيس ، ماركو جارتمان ، بيرجيتا بياتريكس ، ثورستن ميلك ، أوتو بيرنينجهاوزن ، توماس بيكر ، كلاوس شولتن ، ورولان بيكمان. هيكل Cryo-EM لمجمع ribosome-SecYE في بيئة الغشاء. الطبيعة الهيكلية & # 038 البيولوجيا الجزيئية, 18:614-621, 2011.

ستيفان ويكلز ، أبهيشيك سينجاروي ، جيسيكا أندرياني ، ستيفان سيماير ، لوكاس بيشوف ، أوتو بيرنينجهاوزن ، جوهانس سودينج ، كلاوس شولتن ، إيلي فان دير سلايس ، ورولاند بيكمان. نموذج هيكلي للبروتين الغشائي النشط المرتبط بالريبوسوم إنزيم YidC. eLife، 3: e03035 ، 2014.

أنطون آركييبوف ، وينج ين ، وكلاوس شولتن. وصف بأربعة مقاييس لنحت الغشاء بواسطة مجالات BAR. مجلة بيوفيزيائية, 95:2806-2821, 2008.

ينج يين ، أنطون آركييبوف ، وكلاوس شولتن. محاكاة الأنابيب الغشائية بواسطة مشابك لمجالات N-BAR amphiphysin. بنية, 17:882-892, 2009.

هانغ يو وكلاوس شولتن. نحت الغشاء بواسطة مجالات F-BAR التي تمت دراستها بواسطة محاكاة الديناميكيات الجزيئية. PLoS علم الأحياء الحسابي، 9: e1002892، 2013.

فاطمة خليلي أراغي وعماد تاج خورشيد وكلاوس شولتن. ديناميات التوصيل الأيوني K + من خلال Kv1.2. مجلة بيوفيزيائية، 91: L72-L74، 2006.

فاطمة خليلي أراغي ، فيشواناث جوجيني ، فلاديمير ياروف ياروفوي ، عماد تاجخورشيد ، بينوا رو ، وكلاوس شولتن. حساب شحنة البوابة لقناة البوتاسيوم المنشط بالجهد Kv1.2. مجلة بيوفيزيائية, 98:2189-2198, 2010.


تمثل بروتينات الغشاء نسبة كبيرة من البروتين ، ولكن لها خصائص تمثل إشكالية للعديد من الأساليب في البيولوجيا الجزيئية الحديثة (التي غالبًا ما تم تطويرها مع وضع البروتينات القابلة للذوبان في الاعتبار). بالنسبة للدراسات الهيكلية ، فإن المستويات المنخفضة من التعبير ووجود المنظفات كانت أشواكًا في لحم الغشاء البروتيني التجريبي. نناقش هنا استخدام المجهر الإلكتروني بالتبريد في الدراسات المتقدمة لهياكل بروتينات الغشاء. يمكن أن تتعامل هذه الطريقة مع كميات صغيرة نسبيًا من العينة ووجود المنظفات. حتى وقت قريب ، لم يكن المجهر الإلكتروني بالتبريد قادرًا على تقديم هياكل عالية الدقة لبروتينات الغشاء ، لكن التطورات الأخيرة في تقنية مجهر الإرسال الإلكتروني وفي معالجة الصور للجسيمات المفردة التي تم تصويرها في المجهر أحدثت ثورة في المجال ، مما سمح بالحصول على هياكل عالية الدقة . نركز هنا على القضايا المحددة المحيطة بتطبيق المجهر الإلكتروني بالتبريد لدراسة بروتينات الغشاء ، خاصة في اختيار نظام للحفاظ على ذوبان البروتين.

الفحص المجهري بالتبريد الإلكتروني لبروتينات الغشاء. تمر الإلكترونات عبر العينة ويتم تركيزها وتصويرها في المجهر الإلكتروني النافذ. يتم تغليف عينة بروتينات الغشاء في طبقة رقيقة مجهريًا من الجليد الزجاجي. في معظم الحالات ، توجد مذيلات المنظفات المجانية بالإضافة إلى مجمعات البروتين / المنظفات.


وصلات فجوة العدسة

إي سي باير ، في. برتود ، موسوعة العين ، 2010

إهانات تسبب إعتام عدسة العين وإلحاق الضرر بالعدسة

يمكن لبروتينات العدسة ، بما في ذلك connexins ، أن تتراكم مجموعة متنوعة من التعديلات اللاحقة للترجمة مع تقدم العمر أو مع تكوين الساد. تم الكشف عن أكسدة الميثيونين في أخصائيو تقويم الأبقار لـ CX46 و CX50. تم الكشف عن هدم الهليون 121 في تقويم العظام CX50. ومع ذلك ، فليس من المؤكد أن هذه التعديلات تحدث بالفعل في الجسم الحي، حيث قد تحدث كل من أكسدة الميثيونين والدميد أثناء تحضير العينة. آثار معظم هذه التعديلات على فجوة الاتصال بين الخلايا بوساطة تقاطع غير معروف.

يعد الإجهاد التأكسدي أحد أكثر مسببات تكوين الساد المدروسة ، والذي قد يكون مرتبطًا بالتغيرات في العلاقات وتقاطعات الفجوات. استخدمت العديد من الدراسات H2ا2 علاج خلايا العدسة المزروعة أو العدسات المعزولة لفحص نتائج الإجهاد التأكسدي. علاج مزارع الدجاج المحتوية على العدس مع H2ا2 يؤدي إلى تغييرات تعتمد على الجرعة والوقت في نمط اللطخة المناعية للدجاج CX46 ، مما يشير إلى أن H.2ا2 يؤدي إلى الفسفرة التفاضلية. لوحظ شكل مشقوق من هذا كونيكسين بعد العلاج بتركيزات عالية من H2ا2 يرتبط هذا أيضًا بموت الخلايا. معالجة خط خلية عدسة معبرة عن CX43 بـ H.2ا2 يؤدي إلى زيادة نشاط PKCγ ، وزيادة في فسفرة CX43 في Ser368 كما تم الكشف عنها عن طريق التخثر المناعي ، وانخفاض في عدد لويحات تقاطع الفجوة ، وانخفاض في اقتران الصبغة. كما لوحظت تأثيرات مماثلة عند معالجة عدسات الفئران بـ H.2ا2. وبالتالي ، تشير العديد من البيانات إلى أن الإجهاد التأكسدي يؤدي إلى تغييرات في الاتصال بين الخلايا للعدسة من خلال تنشيط كينازات البروتين والتعديلات في فسفرة كونيكسين ، مما قد يساهم في تكوين الساد.


يمكن أن تغير الحموضة خصائص غشاء الخلية

من بين جميع التقنيات المذهلة التي طورها البشر ، لم يضاهي أي منها تعقيد اللبنة الأساسية للطبيعة: الخلية الحية. ولن يكون أي من أنشطة الخلية ممكنًا بدون الأغشية الدهنية الرقيقة ، أو الطبقات الثنائية ، التي تفصل بين أجزائها وتنظم وظائفها.

لوحظت التغييرات في تغليف ذيول في شبكة سداسية ، مستطيلة- C ، أو مستطيلة- P عند مستويات مختلفة من الأس الهيدروجيني.

يعد فهم خصائص الطبقات الثنائية والتحكم فيها أمرًا حيويًا للتقدم في علم الأحياء والتكنولوجيا الحيوية. الآن ، حدد فريق متعدد التخصصات من الباحثين في جامعة نورث وسترن كيفية التحكم في تبلور الطبقات الثنائية عن طريق تغيير حموضة محيطهم.

ونُشر البحث في 24 سبتمبر / أيلول في وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم، يلقي الضوء على وظيفة الخلية ويمكن أن تمكن من تحقيق تقدم في توصيل الأدوية والتكنولوجيا المستوحاة من الأحياء.

قالت المؤلفة المشاركة مونيكا أولفيرا دي لا كروز ، أستاذة المحامي تايلور لعلوم وهندسة المواد ، الكيمياء ، و (عن طريق المجاملة) الهندسة الكيميائية والبيولوجية في كلية ماكورميك للهندسة في نورث وسترن. "عندما يمكن للكائنات الحية أن تتكيف ، فإنها تكون أكثر فاعلية. أردنا أن نجد مجموعة محددة من الظروف التي بموجبها يمكن للطبقات الثنائية ، التي تتحكم في جزء كبير من الخلية ، أن تتحول في الطبيعة." البحث ، الذي نُشر في 24 سبتمبر في وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم، يلقي الضوء على وظيفة الخلية ويمكن أن تمكن من تحقيق تقدم في توصيل الأدوية والتكنولوجيا المستوحاة من الأحياء. يعد فهم خصائص الطبقات الثنائية والتحكم فيها أمرًا حيويًا للتقدم في علم الأحياء والتكنولوجيا الحيوية. الآن ، حدد فريق متعدد التخصصات من الباحثين في جامعة نورث وسترن كيفية التحكم في تبلور الطبقات الثنائية عن طريق تغيير حموضة محيطهم.

من خلال الاستفادة من الشحنة الموجودة في مجموعات رؤوس الجزيئات ، طور باحثو جامعة نورث وسترن طريقة جديدة لتعديل الخصائص الفيزيائية للغشاء. بدأوا بالتجميع المشترك لجزيئات ديليسين (+2) وكربوكسيلات (-1) أمفيفيل ذات أطوال مختلفة من الذيل في أغشية ثنائية الطبقة عند مستويات مختلفة من الأس الهيدروجيني ، مما أدى إلى تغيير الشحنة الفعالة للرؤوس. تتكون الطبقات الثنائية من طبقتين من جزيئات البرمائيات - جزيئات لها خصائص محبة للماء وكراهية للماء - تشكل قشرة بلورية حول محتوياتها. على شكل مصاصة ، تمتلك جزيئات البرمائيات رأسًا مشحونًا محبًا للماء (محبًا للماء) وذيلًا مقاومًا للماء (كاره للماء) تصطف الجزيئات التي تشكل كل طبقة من الذيل إلى الذيل مع تشكل الرؤوس الجزء الخارجي من الغشاء. تحدد كثافة الجزيئات وترتيبها مسامية الغشاء وقوته وخصائص أخرى.

بعد ذلك ، باستخدام تقنية تشتت الأشعة السينية في فريق الوصول التعاوني DuPont-Northwestern-Dow (DND-CAT) في مصدر الفوتون المتقدم بمختبر أرغون الوطني ، حلل الباحثون التبلور الناتج عن جزيئات الطبقة الثنائية.

(لإنتاج صور بالمجهر الإلكتروني لهياكل الأغشية ، قام الباحثون سابقًا بتجميدها ، لكن هذه العملية تتطلب عمالة مكثفة وتغير الدقة الهيكلية ، مما يجعلها أقل أهمية لفهم تجميع الغشاء وسلوكه في ظل الظروف الفسيولوجية كما يتم إجراؤها داخل جسم الإنسان .)

وجد باحثو نورث وسترن أن معظم الجزيئات لا تستجيب لتغير الحموضة. لكن أولئك الذين يمتلكون طول ذيل حرج - وهو مقياس يرتبط بمستوى الجزيئات من hydrophylia - تغيرت شحنة رؤوس الجزيئات إلى الحد الذي تحولت فيه بلوراتها ثنائية الأبعاد من شبكة شبكية مستطيلة الشكل دورية (تم العثور عليها في المزيد من الحلول الأساسية) لشبكة سداسية (توجد في المزيد من المحاليل الحمضية). تكون الأصداف ذات التماثل الأعلى ، مثل الشكل السداسي ، أقوى وأقل هشاشة من تلك ذات التماثل الأقل. أدى التغيير في الأس الهيدروجيني أيضًا إلى تغيير سمك الطبقات الثنائية وانضغاط الجزيئات.

يمكن أن يساعد تغيير كثافة الجزيئات وتباعدها داخل الأغشية الباحثين على التحكم في التغليف وإطلاق كفاءة الجزيئات داخل الحويصلة.


العلوم والبيولوجيا: وظيفة غشاء الخلية

تتمثل وظيفة غشاء الخلية ، الذي يشار إليه أيضًا باسم غشاء البلازما ، في حماية الهياكل داخل الخلية ، وإعطاء شكل للخلية ودعم هيكلها.

هياكل أغشية الخلايا

يتكون غشاء الخلية من طبقة مزدوجة من الدهون والبروتينات. توجد ثلاثة أنواع مختلفة من البروتينات الموجودة داخل غشاء الخلية: البروتين الهيكلي وبروتين النقل والبروتين السكري. تسمح طبقات الدهون والبروتينات هذه لغشاء الخلية بأداء وظيفته الرئيسية وهي إحاطة الخلية وحمايتها من البيئة الخارجية. يكون غشاء الخلية منفذاً بشكل انتقائي ، مما يسمح فقط بدخول مواد معينة إلى الخلية والخروج منها. في بعض الحالات ، يمكن لغشاء الخلية أيضًا التحكم في كمية مادة معينة يسمح لها بالمرور عبرها.

وظيفة غشاء الخلية

تهدف الخلية أو غشاء البلازما إلى حماية الخلية من بيئتها الخارجية ، مع إعطاء بنية الخلية وتنظيم المواد التي تدخل الخلية وتغادرها. يضمن هذا التنظيم عدم دخول المواد الضارة إلى الخلية وعدم خروج المواد الأساسية منها. يمكن أن يمر الأكسجين بسهولة عبر غشاء الخلية ، لأنه ضروري للتنفس الخلوي ، وهو الوظيفة الأساسية للخلية. يُسمح للمنتجات الثانوية لهذه الوظائف ، مثل ثاني أكسيد الكربون ، بالخروج من الخلية بعد حدوث التنفس الخلوي. على عكس الأكسجين والماء وثاني أكسيد الكربون ، لا يمكن للأيونات عالية الشحنة والجزيئات الكبيرة أن تمر مباشرة عبر غشاء الخلية. بدلاً من ذلك ، يُسمح لهم بدخول الخلية عبر بروتينات مدمجة في الغشاء. نظرًا لأن غشاء الخلية ضروري لحماية الخلية وهيكلها ، فإن وجود ثقب أو تمزق في غشاء الخلية يمكن أن يتسبب في توقف الخلية عن العمل بشكل صحيح وموتها في النهاية.

وظيفة أساسية أخرى لغشاء الخلية هي الاتصال أو إشارات الخلية. ترتبط بروتينات مستقبلات غشاء الخلية بجزيئات من مناطق أخرى من الجسم وتتواصل معها لإرسال إشارة داخل الخلية ، تخبر الخلية بأداء وظيفة معينة. 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.
    • منشطات
    • small organic molecules
    • peptides
    • البروتينات
  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 PPأنا

  • 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.


شاهد الفيديو: The Cell Membrane غشاء الخلية (سبتمبر 2022).