biochemia 23

BIOCHÉMIA SYSTÉMOV A PROCESOV

Poznámky k biochémii signalizácie

37. POZNÁMKY K BIOCHÉMII SIGNALIZÁCIE

37.1 Úvodné poznámky

  • Bunky integrujú množstvo signálov zo svojho okolia a odpovedajú na ne.

    • Signalizácia je možná aj vzájomným dotykom buniek.
    • V multicelulárnom organizme sa na signalizáciu využívajú signálne molekuly, ako sú:
    • Hormóny (žľazy z vnútorným vylučovaním secernujú hormóny, ktoré pôsobia na vzdialenom mieste).
    • Mediátory zápalu (poškodené tkanivo secernuje mediátory, ktoré privolávajú fagocyty) vyvolávajúce chemotaxiu.

  • Pojem signálovej kazety: zavedený pre prenos biologického signálu na bunkovej úrovni, ktorý zahŕňa:

    • Detekciu,
    • Amplifikáciu,
    • Integráciu rozličných externých signálov.
    • Generáciu bunkovej odpovede (druhých poslov, formou špecifických hormónov alebo enzýmových systémov).
37.2 Poznámky k biochemickým princípom

  • Hormóny sú „prvými poslami“, ktoré na molekulárnej úrovni zabezpečujú koordináciu činnosti buniek v mnohobunkovom organizme.

    • Vylučované špecializovanými tkanivami do krvi, ktorá ich transportuje do cieľových orgánov, kde prichádza k biologickej odpovedi.
    • Delíme ich na:
    • Steroidné hormóny
      • Na základe svojej hydrofóbnej povahy môžu voľne prechádzať cez bunkovú membránu a pôsobiť na receptory umiestnené na membránach organel vo vnútri bunky.
      • Môžu priamo ovplyvňovať transkripciu informácie z DNA na RNA, čím ovplyvňujú syntézu rôznych proteínov aj biologickú odpoveď.
    • Polypeptidové hormóny
      • Nemôžu prenikať cez bunkovú membránu, musia pôsobiť na receptory nachádzajúce sa na bunkovej membráne.

  • Receptory:

    • Sú proteínové transmembránové štruktúry umožňujúce špecifické rozpoznanie cieľovej bunky špecifickým hormónom, iniciujú funkciu signálnej kazety na zabezpečenie adekvátnej biologickej odpovede.
    • Hormóny svojou väzbou na receptor mediujú syntézu „druhých poslov“ (napr. cyklický adenozín monofosfát alebo kalcium).

  • Niektoré nízkomolekulárne druhé poslovia prenikajú priamo cez plazmatickú membránu a ovplyvňujú transmembránové proteíny (receptory) alebo cytoplazmatické transdukčné enzýmy.

  • G-proteíny:

    • Sú guanozín trifosfatázy, ktoré umožňujú vznik signálnych prvkov (enzýmy alebo iónové kanály).
    • Superrodina štrukturálne podobných receptorov zahŕňa receptory pre hormóny, neurotransmitery a dokonca aj svetelné fotóny.
    • G proteíny sú regulačné bielkovinové molekuly zapojené do regulácie širokého spektra biologických procesov.
    • Príklad: beta adrenergný receptor spojený s cyklickým AMP, ktorý aktivuje ďalšie enzýmy (fosfodiesterázy) vedúce k syntéze ďalších signálnych molekúl (tretích poslov).
K druhým poslom

  • Cyklický adenozínmonofosfát (cAMP):

    • Reguluje kľúčový signálny enzým proteín kinázu A (PKA), ktorá fosforyluje cieľové proteíny ovplyvňujúce rad metabolických funkcií.
    • Signálová kazeta ovplyvňuje rôzne bunkové biologické odpovede.

  • Kalciový ión (Ca):

    • Ako intracelulárny posol sa vyskytuje takmer všade a hrá úlohu v neurotransmisii, tvorbe bielkovín a proliferácii.

  • Inozitol trifosfát (IP):

    • zabezpečuje uvoľňovanie kalcia a pôsobí na kalciový kanál.

  • Diacylglyceroly (DAG):

    • Aktivujú kľúčovú signálnu molekulu - enzým fosfokinázu C (PKC), ktorá reguluje široký rad proteínov.

  • Fosfolipáza A₂:

    • Reguluje syntézu zápalových mediátorov, hlavne kyseliny arachidónovej, prekurzora eikosanoidov.
37.3 Poznámky ku klinickému kontextu

  • Bakteriálne toxíny (Vibrio cholerae, Escherichia coli) ovplyvňujú G-proteíny:

    • Aktivujú funkciu G proteínu, vedúcu k biologickej odpovedi bunky (vodnaté hnačky).
    • Bordatella pertussis inhibuje funkciu G proteínu, vedúcu ku klinickým príznakom charakteristickým pre čierny kašeľ.

  • Mechanizmus účinku aspirínu a vývoj nových protizápalových liekov sú príkladmi využívania poznatkov o prenose signálu na molekulovej úrovni.

37.4 Zapamätajte si
  • Bunky organizmu odpovedajú špecificky na mnohotné signály z vonkajšieho prostredia prostredníctvom transdukčných kaziet.
  • Transdukčné kazety: Systém transmembránových receptorov, efektorových signálnych systémov (adenylátové cyklázy, fosfolipázy, iónové kanály) a regulačných proteínov (G proteín) slúžia na detekciu, amplifikáciu a integráciu rôznych externých signálov za účelom vyvolania adekvátnej bunkovej odpovede.
37.5 Uvedomte si
  • Opísali sme rodiny receptorov na povrchu bunky a ich ovplyvňovanie primárnymi poslami (hormónmi).
  • Diskutovali sme o prepojení transmembránových receptorov na rôzne efektorové systémy, ktoré generujú nízkomolekulárne látky (druhí poslovia) mediujúce signálne funkcie.
37.6 Najdôležitejšie vzorce a schémy
  • Steroidný hormón
  • Polypeptidový hormónový receptor
  • Interakcia bunka/bunka
  • Signálna kaskáda
  • Transkripčné faktory
  • Nadro
  • Génová expresia
  • Fagocytóza
  • Apoptóza
  • Exocytóza
  • Proliferácia
  • Sekrécia
  • Transdukčná kazeta
  • cAMP

Poznámky k biochémii kyslíkových radikálov

38. POZNÁMKY K BIOCHÉMII KYSLÍKOVÝCH RADIKÁLOV

38.1 Úvodné poznámky

  • Kyslík:

    • Je životne dôležitý pre život aeróbnych organizmov.
    • Je veľmi reaktívny pri spaľovacích reakciách pri vysokých teplotách.
    • Je relatívne inertný pri telesnej teplote.
    • Má vysokú aktivačnú energiu pre oxidačné reakcie.

  • Ku kyslíkovým radikálom:

    • 90% kyslíka sa spotrebováva na oxidatívnu fosforyláciu.
    • 9% využívajú enzýmy na oxigenačné a hydroxylačné reakcie.
    • 1% kyslíka sa premieňa na kyslíkové radikály (toxická a veľmi reaktívna forma kyslíka).

  • Pozitívne a negatívne účinky

    • Kyslíkové radikály majú dôležitú metabolickú úlohu, pričom regulujú metabolizmus a imunitnú odpoveď.
    • Zároveň poškodzuje biomolekuly a môže byť spojené s chronickými ochoreniami.
38.2 Poznámky k biochemickým princípom
  • K inertným formám kyslíka: O₂, H₂O, OH.
  • Oxidatívny stres: nerovnováha medzi prooxidačnými a antioxidačnými systémami.
  • Kyslíkové radikály:
    • Sú reaktívne, silne oxidačné formy kyslíka: superoxid, peroxyd, hydroxyl, peroxynitrit.
    • Vznikajú Fentonovou reakciou (Fe) a Haber-Weissovou reakciou.
    • Vedľajší produkt oxidatívnej fosforylácie v mitochondriách.
38.3 Poznámky ku klinickému kontextu
  • Rádioterapia a chemoterapia: vedú k tvorbe reaktívneho kyslíka, ničiaceho nádorové tkanivo.
  • Ischemicko-reperfúzne poškodenie myokardu: v dôsledku hypoxie (nedostatku kyslíka) z ischémie myokardu.
  • Hyperoxia: Nedostatok kyslíkových molekúl vedie k nadprodukcii kyslíkových radikálov a poškodeniu tkaniva.
38.4 Zapamätajte si
  • Kyslíkové radikály: Predstavujú „iskry“ oxidatívneho metabolizmu. Oxidatívny stres je cenou za využívanie kyslíka.
  • Dôležité biomarkery: toxické radikály poškodzujú bielkoviny, tuky a DNA, ale tiež sa podieľajú na regulácii metabolizmu a obrane voči infekciám.
38.5 Uvedomte si
  • Existuje rad obranných antioxidačných mechanizmov, ako napríklad:
    • Chelácia kovových iónov,
    • Enzymatická inaktivácia,
    • Inaktivácia malými molekulami (napr. glutatión a vitamíny).
38.6 Najdôležitejšie vzorce a schémy
  • Hydroperoxydový radikál
  • Superoxidový aniónový radikál
  • Hydroxylový radikál
  • Reaktívne kyslíkové radikály: NADPH oxidáza, Superoxid dizmutáza, Myeloperoxidáza, Respiratory burst počas fagocytózy.