Системы трансдукции сигнала при ответе на феромоны и другие соединения

Основные блоки сигнальных путей

Первичные мессенджеры - природные экстраклеточные лиганды, которые взаимодействует с рецепторами и активируют их (феромоны и другие аттрактанты, гормоны, нейротрансмиттеры, цитокины, лимфокины, факторы роста и др.)
Эффекторные молекулы – образуют различные типы мессенджеров в системе внутриклеточной сигнализации
G-белки – “приспособление” для передачи сигнала с рецептора на эффекторную молекулу.
Вторичные мессенджеры – внутриклеточные лиганды, усиливающие сигнал и активирующие протеинкиназы.
Протеинкиназы с затратой АТФ фосфорилируют различные белки. Фосфорилированные белки изменяют свою активность и обеспечивают ответ клетки.
Типичная константа связывания лиганда рецептором не очень высока - порядка 10-7 - 10-8 М. НО: для феромонов - достигает 10-15М.

Адреналиновый каскад. Аденилатциклазная система.

Для активации 1 молекулы ПКА необходимо 4 молекулы цАМФ

УСИЛЕНИЕ СИГНАЛА
В желтых рамках –
нижние границы реального
увеличения числа молекул
на каждой ступени каскада

Как остановить сигнал?
1) Дефосфорилировать (фосфатазы)
2) Устранить цАМФ (фосфодиэстераза)

Инозит(ол) и инозитолфосфатный путь регуляции метаболизма
Инозит (биос I, раньше – вит.В8) – водорастворимый
Мио-инозит
Инозитол-1,4,5-трифосфат
(ИФ3)

Недостаточность инозита, источники
У человека недостаточность - очень редко.
У животных – плешивость,
нарушения НС и работы желудочно-кишечного тракта.
Суточная потребность 1 – 1,5 г
Источники: мясо, растения и др.

Действие фосфолипаз на глицерофосфолипиды

Инозитолфосфатный путь регуляции метаболизма
по: Зинченко В.П., Долгачева Л.П. Внутриклеточная сигнализация. Пущино, 2003

Как остановить сигнал?
1) Дефосфорилировать
2) Откачать Са2+ наружу или обратно в ЭПР (Са2+-АТФаза плазматической мембраны, Na+/Са2+ - транслоказа и Н+/Са2+ - транслоказы плазматической мембраны и мембраны митохондрий)
3) Устранить ИФ3…

Фосфоинозитидный цикл

Нобелевская премия 2004г. - за исследования «обонятельных ре-цепторов и организации системы органов обоняния»
Ричард Аксел
Линда Бак
(for discoveries of odorant receptors and the organization of the olfactory system).

Ольфакторная (обонятельная) система человека
Человек различает в среднем около 10 000 запахов
Гены, отвечающие за обоняние, составляют 3% генома (очень много!). Но экспрессируется – около 300 ( у обезьян - 700).
В носовой полости (S=несколько см2) - 30 млн клеток обонятельного эпителия с нейронами. Каждый ольфакторный нейрон имеет на мембране ЕДИНСТВЕННЫЙ вид белка – рецептора одоранта (OR-белка). Клетки, настроенные на восприятие феромонов, синтезируют особый OR-белок - рецептор феромона.

Большинство наземных млекопитающих имеют в полости носа, кроме основного органа обоняния, ещё вомероназальный, или ЯКОБСОНОВ ОРГАН
+ отдельное семейство из 140 генов, кодирующих OR-белки клеток этого органа.

Ольфакторные системы у млекопитающих
У млекопитающих каждый ольфакторный нейрон экспрессирует ген единственного OR-белка
Нужны ОR-белки (рецепторы одоранта) и G-белки

Потенциал покоя клетки отрицателен (обычно в пределах от –40 до –60 мВ). Под воздействием стимула он может или увеличиваться по абсолютной величине, становясь более отрицательным, тогда клетка гиперполяризуется, или уменьшаться, и клетка деполяризуется. Эти события обусловлены изменением проницаемости клеточной мембраны для катионов (натрия, кальция и калия) или анионов (обычно хлора) за счет активации (открывания) или инактивации (закрывания) ионных каналов.

Ольфакторные сигналы. У млекопитающих их передача требует G-белков

Передача сигнала в обонятельных сенсорных нейронах у разных биол. видов
У насекомых “1” (рис.С) G-белков – нет. У них
OR-белки сами являются лиганд-открываемыми ионными каналами
2008
2008

Отличия ольфакторных систем насекомых
СХОДСТВО: белки OR насекомых – из 7 трансмембранных доменов, (как и в обонятельных рецепторах позвоночных).
1) У насекомых каждый ольфакторный нейрон экспрессирует не менее 2х генов ОR-белков, а у млекопитающих – единственный ген OR-белка.
2) OR насекомых имеют N-конец в цитоплазме, а у млекопитающих – вне клетки.
Рецепторный комплекс насекомых

Где расположены обонятельные нейроны у насекомых?

The Pherobase (http://www.pherobase.net/). Там 2 группы веществ: феромоны (внутривидовые) и “аллелохемики”- межвидовые.
Комары и москиты: одорант-аттрактант – СО2
(продукт метаболизма животных)
Их ОR - GPRGR22 и GPRGR24 (щупальца верхней челюсти).
N , N -диэтил-3-метилбензамид (DEET) – селективный ингибитор
комплексаOR-OR83b у комаров
Другие аттрактанты для кровососущих - 1-октен-3-ол (рецепторы на антеннах и щупальцах верхней челюсти), амины как продукт распада белков.

Растение ощущает
вредителя по запаху?
A. M. Helms, C. M. De Moraes, J. F. Tooker, M. C. Mescher. Exposure of Solidago altissima plants to volatile emissions of an insect antagonist (Eurosta solidaginis) deters subsequent herbivory // Proceedings of the National Academy of Sciences. 2013. V.110(1). P.199–204.
Утверждение: золотарник Solidago altissima улавливает феромон самца мухи-пестрокрылки Eurosta solidaginis и отвечает на него усилением синтеза веществ, защищающих золотарник от специализированных вредителей – не только пестрокрылки, но и жука-листоедаTrirhabda virgata. От неспециализированных вредителей не защищают.
Факты: растение, обработанное этими феромонами, реже “пробовалась на вкус” самками пестрокрылки, на нем реже встречались кладки яиц, оно меньше поражалось жуком-листоедом.
“Контроль”: 1) растения без воздействия 2) на которых сидели самки перстрокрылки; 3) на которых сидели особи комнатной мухи.
Растения “опытного” варианта: 1) на которых сидели самцы пестрокрылки;
2) обработанные феромонами пестрокрылки.

Литература
” ŽŒИванов В.Д. Феромоны насекомых //Соросовский образовательный журнал 1998.№6
Саловарова В. П., Приставка А. А., Берсенева О. А. ВВЕДЕНИЕ В БИОХИМИЧЕСКУЮ ЭКОЛОГИЮ Иркутск : Изд-во Иркут. ун-та, 2007
Tillman J., Seybold S., Jurenkab R., Blomguist G. Insect pheromones—an overview of biosynthesis and endocrine regulation //Insect Biochemistry and Molecular Biology. 1999.V.29, №6