УЧЕБА и НАУКА /Аналогии в рецепции гормонов и сенсорики света, звука и тактильности. БИОФИЗИКА. Семинар3
Курс БИОФИЗИКА
в проекте Открытое образование (раздел курсы МГУ). Максимов Георгий Владимирович
(страница создана 25.08.2021)
СЕМИНАР 1 создан 17 апр. 2019 г.
оценка: 20 из 20 возможных баллов
ТЕМА .
Аналогии в рецепции гормонов и сенсорики света, звука и тактильности.
Вначале, я думаю, нужно остановиться на каждой системе отдельно, а затем проследить сходства и различия.
ФОТОРЕЦЕПЦИЯ – ОБЩИЕ СВОЙСТВА
Молекулы клеток специализированных на фоторецепции используют энергию кванта света. Зрительный белок родопсин находится у позвоночных в клетках двух типов – палочки и колбочки. Палочки работают при слабом освещении. При сильном находятся в состоянии десенсибилизации (понижение чувствительности рецепторов к раздражителю).
При ярком свете активны колбочки, они отвечают за объемное изображение, реакцию на перемещение в окружающей среде объектов, цветовую гамму. Содержат пигменты, поглощающие свет в разных областях спектра. У человека три вида. Животные, близкие к нему по физиологии глаза имеют как трихроматическое, так и дихроматическое зрение. Зависит это от поглощения видами колбочек света в коротковолновой, средней и длинноволновой областях спектра. При слабом свете колбочки не реагируют.
ФОТОРЕЦЕПЦИЯ – УРОВЕНЬ МЕМБРАНЫ
Палочки имеют мембрану из замкнутых дисков, не соприкасающуюся с эндоплазматической мембраной, здесь для передачи сигнала необходим гидрофильный посредник.
В колбочках система складок. Палочки и колбочки делятся на наружный и внутренний сегмент. Первый содержит фоторецепторные мембраны, второй генерирует энергию, синтезирует вторичные посредники.
ФОТОРЕЦЕПЦИЯ – УРОВЕНЬ МОЛЕКУЛ
Родопсин содержит в активном центре 11-цис-ретиналь (витамин А). Белковая его часть без ретиналя – это фермент опсин. Полипептидная цепь родопсина – это более 350 аминокислот, к молекуле белка присоединены две олигосахаридные цепи.
Молекула родопсина пересекает мембрану, имеет семь мембранных сегментов, которые соединены между собой короткими цепями гидрофильных аминокислот.
Ретиналь находится ближе к концу белка, пигменты из колбочек человека условно называются по области поглощения в спектре электромагнитных волн, имеют в своей структуре гидрофобные и гидрофильные участки. Родопсин работает в области спектра от 280 до 500 нМ.
ФОТОРЕЦЕПЦИЯ – ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ РЕАКЦИЙ
В основе функционирования как родопсина так и бактериородопсина лежит светозависимая изомеризация ретиналя. При поглощении кванта света 11-цис ретиналь (витамин А) переходит полностью в транс-форму. Это запускает каскад реакций, в которых меняется спектр поглощения родопсина.
После поглощения родопсином света образуется опсин и свободный ретиналь. Одновременно гиперполяризуется мембрана палочек, потенциал падает до минус 70 мВ. Обычно на мембране палочек регистрируется темновой ток, обеспечиваемый входом в клетку натрия и выходом калия за счет работы фермента Na/K-АТФ –азы.
С помощью микроэлектродов было доказано, что гиперполяризация потенциала мембран является необходимым и достаточным условием передачи светового сигнала через синапсы зрительных нейронов.
В преобразовании светового сигнала в электрический участвует белок посредник – трандуцин. Молекула родопсина образует специфический комплекс с трансдуцином, находящимся в комплексе с ГДФ (гуамидин ди фосфат). Такое взаимодействие катализирует обмен на альфасубединице и ГДФ превращается в ГТФ.
Гамма субьединица отделяется от свободной альфа и бетта субьедицицы – осуществляет гидролиз АТФ. Этот процесс протекает с большой скоростью до 4 тысяч молекул в секунду. В дальнейшем комплекс фосфата и гаммасубьединиц трансдуцина ассоциируют с ГДФ связанной формой альфасубьединиц и молекула трансдуцина приобретает снова способность взаимодействовать с фотоактивированным родопсином и цикл повторяется.
ОБОНЯНИЕ – ОБЩЕЕ И МОЛЕКУЛЯРНЫЙ УРОВЕНЬ
Принцип действия адреналинового рецептора, вызывающего образование глюкозы из гликогена оказался общим для широкого круга рецепторов.
Первичные рецепторные белки – это сложные молекулы, которые при связывании с субстратом вызывают структурные изменения и запускают каскад реакций. Для одорантного рецептора запаха это заканчивается генерацией ПД, который передается к соответствующим отделам мозга.
Рецепторный белок имеет семь гидрофобных областей, в которых от 20 до 28 аминокислотных остатков. Они свернуты в альфа спираль и образуют микротрубочки. Рецепторный белок - пачка из семи микротрубочек, пересекающих мембрану. Участки пептида в этих 20-28 остатков имеют достаточную длину, чтобы пересекать эту мембрану. обонятельный рецептор образован гидрофобными доменами мембранного белка
ОБОНЯНИЕ – РЕАКЦИИ
Из-за фосфорилирования мембранных белков открываются каналы проводимости катионов, меняется мембранный потенциал клетки. В результате генерируется ПД. Он передается по аксону в обонятельную луковицу, где происходит анализ информации, выделение значимых сигналов от шума. Затем отработанный проанализированный сигнал направляется в мозг, где вызывает соответствующий поведенческий ответ.
ТАКТИЛЬНАЯ РЕЦЕПЦИЯ
Функционирование ионных каналов при касании зависит от локального растяжения мембраны, изменения градиента ее кривизны. Такие каналы называются механочувствительными.
Функционирование происходит в тесном взаимодействии с цитоскелетом. Чувствительность к напряжению возрастает если приложена к большому участку мембраны. Связь осуществляется набором белков анкеринов. Два типа каналов - стрейч(растяжением) активируемые и инактивируемые.
Есть селективные к ионам калия, хлора и кальция, а также проницаемые для одно – двух валентных катионов. Есть не селективные, например проницаемые для анионов.
Примером ингибитора механочувствительных каналов может служить Гадолиний – трехвалентный элемент, 64 в таблице Менделеева, который обратимо блокирует их в низких концентрациях, действуя с наружной стороны мембраны. Его часто используют в опытах.
БИОФИЗИКА ГОРМОНАЛЬНОЙ РЕЦЕПЦИИ
Эндокринной регуляции свойственна высокая степень иерархичности.
ПРИМЕР 1 : Стимул, поступивший от нервной клетки головного мозга к нейросекреторные клеткам гипоталамуса вызывает выход в кровь пептидных гормонов двух классов: либеринов (рилизинг-факторов и статинов. Либерины стимулируют секрецию гормонов гипофиза, статины подавляют ее.
ПРИМЕР 2 «Рецепторы факторов роста участвуют в регуляции клеточного деления и роста. На внеклеточном N-конце они содержат участок связывания фактора роста, затем следует трансмембранный домен, а цитоплазматический C-конец имеет домен с ферментативной активностью, т. е. способностью катализировать перенос g-фосфатной группы от АТФ к белку-субстрату.
Связывание фактора роста со своим рецептором способствует димеризации рецепторов (R+R 2R) в плазматической мембране, фосфорилированию киназного домена. В результате происходит передача сигнала внутрь клетки. Рецепторы, сопряженные с G-белками, опосредовано, через эти мембранные белки стимулируют или ингибируют особые эффекторные ферменты плазматической мембраны или ионные каналы плазматической мембраны.»
ОБЩЕЕ В СТРУКТУРЕ РЕЦЕПЦИИ
Для гормонов и фоторецепции – шаги активации. Если обозначить фоторецепцию как Ф, а гормональную как Г, то увидим следующие пары шагов:
1.
Ф. Родопсин плюс фотон переходит в активированный родопсин.
Г. Рецептор плюс гормон получаем активированный рецептор
2.
Ф.Фермент Трандуцин + ГДФ.
Г. Фермент G-белок + ГДФ .
3.
Ф. Трандуцин + Фосфодиэстераза + ГТФ.
Г. G-белок + Аденилатциклаза + ГТФ.
4.
Ф. ц ГМФ переходит в 5' ГМФ, открываются натриевые каналы.
Г. АТФ переходит в цАМФ, регуляция ферментов.
Похожа структура мембранных белков у рецепторов опсина, адреналина, серотонина, гистамина. С внешней стороны клеточной мембраны белок рецептор представляет собой розетку, построенную однотипно для различных рецепторных систем.
Фосфорилирование белков протеинкеназы и дефосфорилирование их соответствующими фосфотазами оказалось универсальным механизмом быстрого ответа клетки на внешнее воздействие.
Кальций проводящие механочувствительные каналы как у тактильной рецепции обнаружены на клетках животных, в сенсорах кровяного давления, в нейронах и глиальных клетках. Аналогичные свойства каналов обнаружены в бактериях, грибах и клетках высших растений.
Источники: Лекции – Максимов Г.В , «Биофизика» – Рубин А.Б.
__________ВСЕ КУРСЫ И СЕРТИФИКАТЫ ____________
я получила 5 сертификатов Московского Государственного Университета в проекте Открытое образование, чтобы не писать совсем уже ненаучную ересь, они доступны по ссылкам
Физиология ЦНС (центральной нервной системы) , экзамен - июнь 2018 года сертификат с отличием
Основы астрономии - экзамен - июнь 2018 года, с отличием
Нейрофизиология поведения -экзамен - декабрь 2018 года, с отличием Огромная благодарность куратору курса.(она же куратор Физиологии ЦНС) -Аника Абрамова )
Биофизика - сертификат, экзамен - май 2019 года. Курс сложный, считаю, что не знаю его даже на те баллы, которые получены на экзамене. Просто повезло. Огромная благодарность куратору курса - Эвелина Никельшпарг.. Продолжаю изучать это направление по учебникам.
Язык, культура и межкультурная коммуникация - сертификат - июнь 2019 года, Курс очень простой, но экзамен был в диких условиях, пришлось отвечать на вопрос за секунды, после каждого вопроса система грузилась минутут и это считалось временем ответа, в итоге все вопросы даже не были загружены я их не увидела и все они были помечены как не отвеченные соответственно никакого сертификата с отличием нет. По этому направлению, я думаю, знаю на порядок больше чем в материалах курса.
Физиология растений в который входит биохимия, цитология, генетика, гистология растений(строение тканей) Собственно для меня это четыре курса одновременно. Самый интересный и самый сложный материал из всего пройденного в проекте, самое лучшее его структурирование и оформление.
Сертификат не получала, экзамен вначалебыл мной отложен, а потом так и не сдавался по причине проблем с сердцем (вероятно мне больше нельзя сдавать экзамены, возможно в будущем это изменится). Но все семинары этого курса были сданы на отлично, поэтому приведены в качетстве примера в этой серии страниц
