Informacija

9.1: Metabolizmas BIS2A – Biologija

9.1: Metabolizmas BIS2A – Biologija


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.

Ląstelių metabolizmas sudaro maždaug 1/3 BIS2A mokymo programos. Sužinosite apie kai kurias įprastas chemines reakcijas, susijusias su gyvybės molekulinių statybinių blokų transformacija, ir apie skirtingus pagrindinius energijos perdavimo būdus, su kuriais dažnai susidursite biologijoje. Anksčiau pristatytos energijos istorijos ir dizaino iššūkių rubrikos taps vis svarbesnės šiuose keliuose moduliuose ir vėliau.

Ko mes išmokome? Kaip tai bus susiję su medžiagų apykaita?

  1. Daugiausia dėmesio skyrėme bendrų biologinių funkcinių grupių identifikavimui ir cheminėms savybėms. Kai pasineriame į medžiagų apykaitą, tai padės jums susipažinti su junginių, kurių dar niekada nematėte, cheminę prigimtį / reaktyvumą ir kartais netgi nuspėti.
  2. Mes praktikavome atpažinti ir klasifikuoti molekules į keturias pagrindines funkcines grupes. Tai padės jums, kai pradėsime diskutuoti, kaip sukurti ir suskaidyti šias molekules.
  3. Išmokome keletą pagrindinių termodinamikos dalykų, suteikdami mums bendrą sąvokų rinkinį, pagal kurį galime aptarti, ar gali įvykti biocheminė reakcija ar procesas, ir, jei taip, kuria kryptimi ir kaip greitai. Tai bus labai svarbu, kai pradėsime svarstyti kai kuriuos pagrindinius metabolizmo reakcijų tipus.
  4. Išmokome ir praktikavome energijos istorijos rubriką. Tai taip pat leis mums sistemingai nagrinėti naujas biochemines reakcijas ir procesus bei aptarti jas bendra kalba ir požiūriu, kuris yra nuoseklus ir sustiprina pamokas, kurias išmokome apie termodinamiką.

Trumpa šio skyriaus apžvalga

  • Būsite supažindinti su svarbia sąvoka, vadinama mažinimo potencialą ir jums bus suteikta galimybė naudotis redokso bokštu. Jūsų diskusijų vadove taip pat yra diskusija apie redokso chemiją. Būtinai naudokite abu išteklius.
  • Būsite supažindinti su dviem pagrindiniais metabolizmo žaidėjais – ATP ir NADH. Tikimasi, kad atpažinsite jų struktūras, jei parodysite per egzaminą.
  • Metabolizmo kelio glikolizė bus išsamiai aprašyta. Nepamirškite, kad norime, kad galėtumėte pažvelgti į bet kokią reakciją ir papasakoti mums tos reakcijos energetinę istoriją. Jokiu būdu neturėtumėte praleisti laiko bandydami įsiminti šiuos kelius (nors tai labai padės prisiminti kai kuriuos bendrus dalykus – jie bus įtempti). Dažnai mes pateikiame jums kelią kaip egzaminų figūrą. Glikolizė galiausiai gamina 2 ATP per procesą, vadinamą substrato lygio fosforilinimu, 2 NADH ir 2 piruvato junginius.
  • Naudosime TCA ciklo reakcijas, kad sukurtume kelis energijos istorijų pavyzdžius. TCA ciklas taip pat gamins daugiau ATP, NADH ir visiškai oksiduos gliukozę į CO2.
  • Išnagrinėsime alternatyvų TCA ciklo kelią – fermentaciją. Pirmą kartą fermentacijos metu pamatysime NADH, naudojamą kaip reagentą metabolinėje reakcijoje.
  • Stebėsime NADH iki jo kelionės pabaigos, nes jis atiduoda savo elektronus elektronų transportavimo grandinei (ETC). Šiame modulyje turėsite mokėti naudoti redokso bokštą. ETC sukuria protonų gradientą. Šiame procese ATP tiesiogiai nesukuriamas. Tačiau tada ląstelė (be kita ko) naudoja protonų gradientą fermentui, vadinamam ATP sintaze, kuris katalizuoja reakciją ADP + Pi -> ATP. Šis ATP gamybos būdas (vadinamas oksidaciniu kvėpavimu) sukelia daug daugiau ATP nei substrato lygio fosforilinimo.
  • Ir galiausiai mes eisime per fotosintezės procesą.

Profage užkoduota maža RNR kontroliuoja medžiagų apykaitą ir ląstelių dalijimąsi Escherichia coli

Įvairiose bakterijų rūšyse buvo nustatyta šimtai mažų RNR (sRNR), ir nors daugumos jų funkcijos lieka nežinomos, kai kurie reguliuoja pagrindinius procesus, ypač streso atsakus. sRNR DicF buvo nustatytas daugiau nei prieš 25 metus kaip ląstelių dalijimosi inhibitorius, tačiau nuo to laiko jis nebuvo apibūdintas. DicF susideda iš 53 nukleotidų ir yra koduojamas daugelio genomuose esančiame propago (Qin) geno. Escherichia coli padermės. Mes parodėme, kad DicF slopina ląstelių dalijimąsi tiesioginiu bazių poravimu su ftsZ mRNR, kad slopintų vertimą ir užkirstų kelią naujai bakterinio tubulino homologo FtsZ sintezei. Sistemų analizė naudojant skaičiavimo ir eksperimentinius metodus nustatė papildomus DicF mRNR taikinius: xylR ir pykA mRNR, koduojančios atitinkamai ksilozės įsisavinimo ir katabolizmo reguliatorių ir piruvato kinazę. Genetinė analizė parodė, kad DicF tiesiogiai susieja bazines poras su šiais taikiniais ir slopina jų vertimą. Ląstelių, ekspresuojančių DicF variantus, fenotipai parodė, kad su DicF susijęs augimo slopinimas nėra vien dėl represijų. ftsZ, nurodant, kad DicF tarpininkaujamo reguliavimo fiziologinės pasekmės neapsiriboja ląstelių dalijimosi poveikiu, kurį sukelia sumažėjusi FtsZ sintezė. SVARBU sRNR yra visur paplitę ir universalūs bakterijų genų ekspresijos reguliatoriai. Daugybė gerai apibūdintų pavyzdžių E. coli yra labai konservuoti ir yra E. coli branduolio genomas. Priešingai, sRNR DicF (identifikuotas daugiau nei prieš 20 metų, bet tebėra prastai apibūdintas) yra užkoduotas genu, kuris daugelyje šalių yra defektiniame profago elemente. E. coli genomai. Čia mes apibūdiname DicF, kad geriau suprastume, kaip horizontaliai įgyti sRNR reguliatoriai veikia bakterijų genų ekspresiją ir fiziologiją. Mūsų duomenys patvirtina ilgai iškeltą DicF tarpininkaujantį reguliavimą ftsZ, koduojantis bakterijų tubulino homologą, reikalingą ląstelių dalijimuisi. Toliau atskleidžiame DicF sukeltą metabolinio genų ekspresijos potranskripcijos kontrolę. Negimdinė DicF gamyba yra labai toksiška E. coli ląstelių, tačiau toksiškumas nėra susijęs su DicF reguliavimu ftsZ. Reikia toliau dirbti, kad būtų atskleistas biologinis DicF ir kitų produktų, užkoduotų sugedusių profagų, vaidmenys ir nauda šeimininkui.

Raktiniai žodžiai: DicB FtsZ Hfq RNase E paslaptingas profagas.

Figūros

Genai pykA ir xylR…

Genai pykA ir xylR yra potranskripcijos reguliuojami DicF. (A) schema…

reguliavimas ftsZ , xylR…

reguliavimas ftsZ , xylR , ir pykA DicF nereikalauja…

Genetinis ir molekulinis apibūdinimas…

Genetinis ir molekulinis DicF apibūdinimas ftsZ mRNR sąveika. (A) Bazės poravimo prognozės…

Genetinis ir molekulinis apibūdinimas…

Genetinis ir molekulinis DicF apibūdinimas xylR mRNR sąveika. (A) Bazės poravimo prognozės…

DicF fiziologinės pasekmės xylR…

DicF fiziologinės pasekmės xylR mRNR sąveika. (A) Schema, vaizduojanti reguliavimo sąveiką tarp…

Genetinis ir molekulinis apibūdinimas…

Genetinis ir molekulinis DicF apibūdinimas pykA mRNR sąveika. (A) Bazės poravimo prognozės…

DicF slopina ląstelių dalijimąsi ir…

DicF slopina ląstelių dalijimąsi ir neleidžia didėti biomasei. (A) Padermės su xylR…

The dicBF chromosomų lokusas ir…

The dicBF chromosomų lokusas ir DicF bei DicB vaidmenys ląstelių fiziologijoje.

The dicBF lokusas yra išsaugotas…

The dicBF lokusas yra išsaugotas E. coli rūšys skirtinguose profaguose. The…


Riebalų rūgštys vabzdžiuose: sudėtis, metabolizmas ir biologinė reikšmė

Nagrinėjama riebalų rūgščių sudėtis, metabolizmas ir reikšmė vabzdžių biologijoje. Riebalų rūgštys patenka į daugybę medžiagų apykaitos būdų, kurie nėra tiesiogiai susiję su energijos kaupimu ir gamyba, vienijanti tema yra ta, kad riebalų rūgštys ne tik struktūriškai pakinta šiuose keliuose, bet ir perneša jas iš vienos biologinės reikšmės srities į kitą. Ši tema plėtojama pateikiant vabzdžių riebalų rūgščių perspektyvą ir apžvelgiant tris pagrindines sritis: 1) riebalų rūgščių sudėtį, 2) riebalų rūgščių (įskaitant polinesočiąsias riebalų rūgštis ir tam tikrų biosintetinių fermentų savybes) biosintezę ir 3) biologinę. riebalų rūgščių reikšmė. Paskutinėje dalyje aptariama vaškų, feromonų ir prostaglandinų biochemija ir riebalų rūgščių, kaip apsauginių sekretų sudedamųjų dalių, vaidmuo. Biocheminiu lygiu mažai žinoma apie riebalų rūgščių metabolizmo reguliavimą, todėl manoma, kad darbas šioje srityje yra dar viena vabzdžių biochemijos riba.


AQA GCSE biologija (9-1) B9.4 Metabolizmas ir kepenys VISĄ PAMOKA

Sveiki, ačiū, kad peržiūrėjote mano išteklius! Kuriu visapusiškai aprūpintas GCSE Science (ir netrukus KS3) pamokas! Tikiuosi, kad jie bus naudingi, o jei tai padarysite, būčiau dėkingas, jei galėtumėte palikti atsiliepimą! :)

Pasidalinti

AQA GCSE biologija (9-1) B9.4 Metabolizmas ir kepenys VISĄ PAMOKA
Apima:

  • pamoka powerpoint (viktorina, informacija, veikla0
  • egzamino klausimai
  • dalomoji medžiaga
  • darbalapis
  • namų darbai
    sutaupykite 30% su rinkiniu!
    palikite apžvalgą ir peržiūrėkite kitus mano išteklius! :)

Gaukite šį šaltinį kaip paketo dalį ir sutaupykite iki 30 %

Rinkinys – tai išteklių paketas, sugrupuotas tam, kad vienoje vietoje būtų galima mokyti tam tikrą temą arba pamokų seriją.

AQA GCSE biologija (9-1) B9 Kvėpavimas – VISOS PAMOKOS

**sutaupykite 30%!** AQA GCSE biologija (9-1) B9 Kvėpavimas – VISOS PAMOKOS Apima: * pamokos powerpoints visoms 4 temos pamokoms, kurios apima apibendrinimus, informaciją ir daugybę veiklų! * darbalapiai * egzamino klausimai * dalomoji medžiaga * namų darbai * atsakymai ** žr. kitus mano šaltinius!**

Atsiliepimai

Jūsų įvertinimas reikalingas, kad atspindėtų jūsų laimę.

Gerai palikti atsiliepimų.

Kažkas ne taip, bandykite dar kartą vėliau.

Šis šaltinis dar nebuvo peržiūrėtas

Siekdami užtikrinti mūsų atsiliepimų kokybę, jį peržiūrėti gali tik klientai, įsigiję šį šaltinį

Praneškite apie šį šaltinį, kad praneštumėte mums, jei jis pažeidžia mūsų taisykles ir nuostatas.
Mūsų klientų aptarnavimo komanda peržiūrės jūsų pranešimą ir susisieks su jumis.


9.4 Metabolizmas ir kepenys NAUJA GCSE Biologijos specifikacija

Sveiki! Sveiki atvykę į mano parduotuvę. Skirkite šiek tiek laiko ir naršykite. Kuriu linksmas ir interaktyvias mokinių vadovaujamas veiklas, skirtas KS3, GCSE ir A lygio biologijai. Kaip vidurinės mokyklos mokytojas, tai, ko visada norėjau, įgyvendinau savo pamokose, į savo išteklius. Tai yra patrauklūs, aukštos kokybės ištekliai, kurie tikrai daro įtaką mokymuisi. Ir tai reikia daryti su kuo mažiau rūpesčių – svarbiausia – efektyvumas. Štai kodėl visus mano pamokos išteklius rasite viename faile, paruoštą naudoti!

Pasidalinti

Šiame „PowerPoint“ yra visa interaktyvi veikla, skirta visapusiškai pamokai apie medžiagų apykaitą ir kepenis.

Ją sudaro: pradinis dekoderis dėlionės informacijos skaidres apie metabolines reakcijas Tikra / klaidinga mini plenarinės informacijos skaidrės apie kepenų vaidmenį ir pieno rūgšties pašalinimą. apie medžiagų apykaitą ir kepenis su pastoliais ir iššūkiais.

Visi atsakymai į veiklą yra įtraukti į PowerPoint.

Siekiami šie mokymosi tikslai:
1) Ta medžiagų apykaita yra visų ląstelėje arba organizmo organizme vykstančių reakcijų suma
2) Kaip kepenys dalyvauja grąžinant deguonies skolą (didesnė)

Gaukite šį šaltinį kaip paketo dalį ir sutaupykite iki 48 %

Rinkinys – tai išteklių paketas, sugrupuotas tam, kad vienoje vietoje būtų galima mokyti tam tikrą temą arba pamokų seriją.

Kvėpavimas: aerobinis kvėpavimas, atsakas į pratimus, anaerobinis kvėpavimas, medžiagų apykaita ir kepenys NAUJA GCSE biologijos specifikacija

Dėl NAUJOS GCSE biologijos specifikacijos. Tai apima visas „PowerPoints“ ir visiškai integruotas veiklas (su atsakymais), skirtas keturioms pamokoms: 9.1 Aerobinis kvėpavimas 9.2 Atsakas į pratimą 9.3 Anaerobinis kvėpavimas 9.4 Metabolizmas ir kepenys.


Diskusija

ME modelis yra mikrobų augimo modelis, apskaičiuojantis optimalią ląstelių būseną augimui tam tikroje pastovios būsenos aplinkoje. Jis įveda ląstelei prieinamas maistines medžiagas ir sukuria eksperimentiškai patikrinamas prognozes dėl: (1) didžiausio ląstelės augimo greičio (μ*) nurodytoje aplinkoje, (2) substrato įsisavinimo / šalutinio produkto sekrecijos greičio esant μ*, (3) medžiagų apykaitos srautai esant μ* ir (4) genų produkto ekspresijos lygiai esant μ*.

ME modelio prognozėms svarbus yra tinkamas metabolizmo ir genų produkto ekspresijos ryšys. Palyginus modelių modeliavimą su eksperimentiniais duomenimis, mes nustatėme dvi bendras molekulinio efektyvumo klases, kurios skiriasi priklausomai nuo augimo greičio ir maistinių medžiagų apribojimo laipsnio. Ribosomoms (ir tRNR bei mRNR) siūlome nuo augimo greičio priklausomą Michaelis – Menten tipo polimerizacijos greičio modelį, kuris turi preliminarius eksperimentinius įrodymus (Proshkin ir kt, 2010), nors anksčiau to nematėme pasiūlyto. Be to, parodome, kad dvi paprastos prielaidos leidžia apytiksliai įvertinti maistinių medžiagų ribojimo poveikį metabolinių fermentų katalizei. Nors fermentams būdingos katalizinio greičio tendencijos priklauso nuo ribojančios maistinės medžiagos (Bennett ir kt, 2009 Boer ir kt, 2010), mūsų formuluotė yra pirmasis žingsnis modeliuojant maistinių medžiagų ribojimo poveikį genomo mastu ir rodo, kad šios tendencijos gali būti grindžiamos paprastais principais. Abu šie molekulinio efektyvumo kintamieji yra būtini genų ekspresijos modeliavimui genomo mastu ir reikalauja tolesnių tyrimų, siekiant juos patvirtinti ir patobulinti. Suporuoti proteominiai ir metabolominiai duomenų rinkiniai esant ribotoms maistinių medžiagų sąlygoms leis giliau suprasti nuo maistinių medžiagų apribojimo priklausomus efektyvius katalizinius greičius ir naujus duomenų rinkinius (Li ir kt, 2012) ir modeliai (Tuller ir kt, 2010) apie genų ekspresijos procesus gali padėti patikslinti modelio parametrus ir nustatyti jų genomo masto poveikį.

ME modeliui būdingi proteominiai apribojimai lemia kokybiškai skirtingas augimo prognozes, palyginti su ankstesniais genomo masto modeliais. ME modelyje augimo greitis nėra paprasta linijinė substrato įsisavinimo ribų funkcija, o ME modelis prognozuoja maksimalų augimo greitį ir optimalų substrato įsisavinimo greitį, o tai geriau atspindi empirinius augimo modelius ir geriau prognozuoja eksperimentiškai išmatuotus augimo tempus ir substratą. įsisavinimo rodikliai. ME modelis atskleidžia tris skirtingus augimo regionus, kuriuos mes vadiname SNL, Janusian ir Batch, o maistinių medžiagų apribojimo (chemostato kultūra) ir maistinių medžiagų pertekliaus (partijinė kultūra) sąlygos yra įprastos, Januso regionas (kur ląstelę riboja abu maistinių medžiagų prieinamumas ir proteomų talpa) retai atsižvelgiama į mikrobiologiją. Įdomu tai, kad Januso regione yra ribojamas anglies kiekis, bet ne įvairūs ne anglies dioksido apribojimai. Tai reiškia, kad Januso regionai gali egzistuoti dėl ne anglies dioksido apribojimų, tačiau apribojimai, dėl kurių jie gali atsirasti, nepatenka į dabartinio ME modelio taikymo sritį.

ME modelio proteominiai apribojimai taip pat pagerina šalutinių produktų sekrecijos ir medžiagų apykaitos srauto prognozes tiek maistinių medžiagų pertekliaus, tiek ribotų maistinių medžiagų sąlygomis. Atsižvelgdamas į baltymų metabolizmo sąnaudas ir baltymų gamybos pajėgumų apribojimus, ME modelis tiksliai atskiria substrato įsisavinimą, augimo greitį ir augimo derlių, todėl galima numatyti svarbius normos ir derliaus kompromisus. Visų pirma parodome, kad iš pažiūros neveiksmingą metabolizmą partijos kultūroje ir esant azoto apribojimui (tiek kai anglies perteklius) galima paaiškinti ir numatyti proteominiais kompromisais. Ši galimybė ištaiso dominuojantį gedimo režimą numatant medžiagų apykaitos srautą, apie kurį anksčiau buvo pranešta apie M modelius (Schuetz ir kt, 2012), ir rodo, kad vienas augimo greičio tikslas (jei yra tinkami apribojimai) gali numatyti medžiagų apykaitos srautus. Šis rezultatas rodo, kad proteominiai apribojimai yra būtini norint tiksliai numatyti metabolinius atsakus - optimalaus augimo ir metabolinių fenotipų negalima visiškai suprasti neatsižvelgiant į genų ekspresiją. Žvelgiant iš praktinio požiūrio, ME modelio modeliavime esantis natūralus taupumas (Lerman ir kt, 2012) labai sumažina optimalaus sprendimo erdvę, todėl galima tiksliau prognozuoti, o tai yra svarbi įvairių programų savybė. Proteominių suvaržymų poveikis sekrecijos fenotipams yra ypač svarbus taikant sistemų medžiagų apykaitos inžineriją ir bus būtinas norint modeliuoti elgesį sudėtingose ​​​​terpėse ir numatyti maistinių medžiagų pageidavimus.

Genų ekspresijos lygiu ME modelis numato išsamų elgesį kiekviename augimo regione. SNL ir Janusian augimo regionuose genų moduliai turi skirtingus nuo maistinių medžiagų apribojimo priklausančius profilius. Kai kurie genų moduliai keičiasi teisingai numatyta kryptimi, palyginti su ekspresijos duomenimis iš E. coli chemostate esant skirtingam augimo greičiui (Vemuri ir kt, 2006 Nahku ir kt, 2010), palaiko mūsų numatomus išraiškos profilius. Numatydamas optimalius genų ekspresijos profilius, ME modelis padeda suprasti veiksnius, formuojančius genų ekspresijos modelių raidą (pvz., proteominius suvaržymus ir besikeičiančią biomasės sudėtį).

Optimalių transkripcijos atsakų modeliavimas papildo specifinių reguliavimo mechanizmų išaiškinimą ir modeliavimą (Klumpp ir kt, 2009 Cho ir kt, 2011 Berthoumieux ir kt, 2013). Yra pagunda susieti ME modelio numatytus ekspresijos profilius su molekuliniais mechanizmais, kuriais grindžiama kontrolinio geno ekspresija in vivo (Klumpp ir kt, 2009 Berthoumieux ir kt, 2013 Gerosa ir kt, 2013). Pavyzdžiui, konstituciškai išreikšti genai rodo nuo augimo greičio priklausomas ekspresijos tendencijas (Klumpp ir Hwa, 2008 Klumpp ir kt, 2009), kuris gali suteikti ląstelei ekonomišką būdą reaguoti į pasaulinius medžiagų apykaitos efektyvumo pokyčius ( Valgepea ir kt, 2013). Be to, PurR gali būti atsakingas už nukleotidų biosintezės genų ekspresijos padidėjimo reguliavimą esant didesniam augimo greičiui (kadangi PurR yra autorepresorius, tai gali būti padaryta naudojant mechanizmus, aprašytus Klumpp. ir kt, 2009). Galiausiai, nors pagrindinis ArcA vaidmuo yra reaguoti į deguonies prieinamumą (Cho ir kt, 2006), jis taip pat slopina daugelį TCA ciklo ir oksidacinio fosforilinimo genų, kurie mažėja perėjimo nuo gliukozės iki perteklinio (Janusian) metu (Vemuri). ir kt, 2006 Haverkorn van Rijsewijk ir kt, 2011). Tačiau, kadangi reguliavimo mechanizmai nėra aiškiai aptariami ME modelyje, ryšys tarp reguliavimo mechanizmų ir imituojamų ekspresijos profilių yra netiesioginis, o šis palyginimas gali padėti paaiškinti ir išplėsti ląstelių reguliatorių funkcinius vaidmenis, todėl norint patvirtinti reikia daug tolesnio darbo. kylančias hipotezes.

Kadangi tai yra optimalumo modelis, ME modelis ypač tinka tyrimams, susijusiems su adaptyviąja laboratorine evoliucija (ALE). Neseniai buvo pranešta, kad naudojant M modelį neįmanoma numatyti kai kurių ALE metu vykstančių pokyčių paketinėje kultūroje (Harcombe ir kt, 2013). Taip yra todėl, kad M modeliai atsižvelgia tik į biomasės derliaus optimizavimą, šie rezultatai atitinka normos ir derliaus kompromisus, esančius ME modelyje esant maistinių medžiagų pertekliaus sąlygoms. ME modelyje daugybė būdingų veiksnių gali apriboti ląstelių augimą (pvz., transliacijos greitis ir metabolinė katalizė), todėl ME modelis gali pateikti alternatyvias augimo augimo mechanizmų hipotezes ir padėti suprasti ALE rezultatus.

ME modelis gali imituoti stambiagrūdžius ir smulkius ląstelinius ir molekulinius fenotipus su geresniu tikslumu ir apimtimi, palyginti su ankstesniais genomo masto modeliais. ME modelis rodo sudėtingą elgesį dėl linijinių apribojimų, taikomų integruotam tinklui. Taigi ME modelis rodo, kad sudėtingi ir, atrodo, neintuityvūs fenotipai gali būti modeliuojami genomo mastu, naudojant pakankamai paprastas prielaidas, kad būtų galima suprasti jų pagrindinę priežastį. Dėl modelių modeliavimo turtingumo daugiausia dėmesio skyrėme E. coli Auginant minimalioje gliukozės terpėje esant skirtingam augimo greičiui, moduliuojant gliukozės prieinamumą, ateityje bus daug galimybių ištirti modelio prognozes esant daugeliui aplinkos ir genetinių sąlygų.

Visa ląstelė E. coli modelio buvo norima jau kurį laiką (Crick, 1973), nes toks modelis turėtų didelį poveikį pagrindinei mikrobiologijai, mikrobų bendruomenių tyrimams, antibiotikų atradimui, reguliavimo tinklų išaiškinimui ir sistemų medžiagų apykaitos inžinerijai. Tikimės, kad ME-Model taps pagrindu nuolatiniam modelio kūrimui siekiant šių praktinių pritaikymų.


9.1 Signalizavimo molekulės ir ląstelių receptoriai

Šiame skyriuje išnagrinėsite šiuos klausimus:

  • Kokie yra keturi signalų tipai, randami daugialąsčiuose organizmuose?
  • Kuo skiriasi vidiniai receptoriai ir ląstelės paviršiaus receptoriai?
  • Koks ryšys tarp ligando struktūros ir jo veikimo mechanizmo?

Ryšys su AP ® kursais

Lygiai taip pat, kaip jūs bendraujate su savo klasės draugais akis į akį, naudodamiesi telefonu ar el. paštu, ląstelės bendrauja tarpusavyje tiek tarpląsteliniu, tiek tarpląsteliniu signalu. Ląstelės aptinka ir reaguoja į aplinkos pokyčius naudodamos signalizacijos kelius. Signalizacijos keliai leidžia organizmams koordinuoti ląstelių veiklą ir medžiagų apykaitos procesus. Šių būdų klaidos gali sukelti ligą. Signalizuojančios ląstelės išskiria molekules, vadinamas ligandais, kurios prisijungia prie tikslinių ląstelių ir inicijuoja įvykių grandinę tikslinėje ląstelėje. Pavyzdžiui, kai išsiskiria epinefrinas, prisijungdamas prie tikslinių ląstelių, šios ląstelės reaguoja paversdamos glikogeną į gliukozę. Ląstelių ryšys gali vykti nedideliais atstumais. Pavyzdžiui, neurotransmiteriai išleidžiami per sinapsę, kad perduotų pranešimus tarp neuronų. 9.3 pav. Tarpų jungtys ir plazmodesmata leidžia mažoms molekulėms, įskaitant signalines molekules, tekėti tarp gretimų ląstelių. Ląstelių ryšys taip pat gali vykti dideliais atstumais naudojant. Pavyzdžiui, iš endokrininių ląstelių išsiskiriantys hormonai keliauja į tikslines ląsteles keliose kūno sistemose. Kaip ligandas, pvz., hormonas, keliaujantis per kraują, „žino“, kada pasiekė tikslinį organą, kad inicijuotų ląstelių atsaką? Beveik visi ląstelių signalizacijos keliai apima tris etapus: priėmimą, signalo perdavimą ir ląstelių atsaką.

Ląstelių signalizacijos keliai prasideda, kai ligandas prisijungia prie receptoriaus, baltymo, kuris yra įterptas į tikslinės ląstelės plazmos membraną arba randamas ląstelės citoplazmoje. Receptoriai yra labai specifiniai, ir kiekvienas ligandas atpažįstamas vis kito. Šis kelio etapas vadinamas priėmimu. Nepolinės molekulės, tokios kaip steroidai, pasklinda per ląstelės membraną ir jungiasi prie vidinių receptorių. Savo ruožtu receptoriaus-ligando kompleksas persikelia į branduolį ir sąveikauja su ląstelės DNR. Tai keičia geno ekspresiją. Kita vertus, poliariniai ligandai sąveikauja su membranos receptoriaus baltymu. Kai kurie membranos receptoriai veikia keisdami konformaciją, kad tam tikri jonai, tokie kaip Na + ir K +, galėtų praeiti pro plazmos membraną. Kiti membraniniai receptoriai sąveikauja su G baltymu plazmos membranos citoplazminėje pusėje, o tai sukelia daugybę reakcijų ląstelės viduje. Šio proceso sutrikimai yra susiję su keliomis ligomis, įskaitant cholerą.

Svarbu nepamiršti, kad kiekviena ląstelė turi įvairių receptorių, leidžiančių reaguoti į įvairius dirgiklius. Kai kurie receptoriai gali surišti kelis skirtingus ligandus, pavyzdžiui, kvapiąsias molekules/receptorius, susijusius su gyvūnų uosle. Kai signalizacijos molekulė ir receptorius sąveikauja, įvykių kaskada, vadinama signalo perdavimu, paprastai sustiprina signalą ląstelės viduje.

Šiame skyriuje pateiktas turinys palaiko mokymosi tikslus, išdėstytus 3 AP ® biologijos mokymo programos struktūroje. AP ® mokymosi tikslai sujungia esminių žinių turinį su viena ar daugiau iš septynių mokslo praktikų. Šie tikslai suteikia skaidrų AP ® biologijos kurso pagrindą, taip pat apklausomis pagrįstą laboratorinę patirtį, mokomąją veiklą ir AP ® egzamino klausimus.

Didelė idėja 3 Gyvosios sistemos saugo, nuskaito, perduoda ir reaguoja į informaciją, būtiną gyvybės procesams.
Patvarus supratimas 3.D Ląstelės bendrauja generuodamos, perduodamos ir priimdamos cheminius signalus.
Esminės žinios 3.D.3 Signalo perdavimo keliai signalo priėmimą sieja su korinio atsaku.
Mokslo praktika 6.2 Studentas gali konstruoti reiškinių paaiškinimus, remdamasis moksline praktika gautais įrodymais.
Mokymosi tikslas 3.34 Studentas geba paaiškinti ląstelių ryšį per tiesioginį ryšį tarp ląstelių arba per cheminį signalizavimą.
Esminės žinios 3.D.3 Signalo perdavimo keliai signalo priėmimą sieja su korinio atsaku.
Mokslo praktika 1.1 Studentas gali sukurti gamtos ar žmogaus sukurtų reiškinių ir sistemų reprezentacijas ir modelius šioje srityje.
Mokymosi tikslas 3.35 Studentas geba sukurti reprezentacijas, vaizduojančias, kaip vyksta ryšys tarp ląstelių tiesioginio kontakto arba per atstumą per cheminius signalus.

Pagalba mokytojams

Grįžkite prie palyginimo su telefonu. Signalas yra įeinantis telefono skambutis ir jis turi būti nukreiptas į konkretų telefono numerį. Tai yra signalinė molekulė. Jis turi pasiekti rinktą telefono numerį, o ne neteisingą numerį. Signalas nukreiptas į konkretų receptorių. Paklauskite mokinių, ar jie žino fizinę mobiliojo telefono signalo prigimtį. Tai elektromagnetinė banga, radijo banga. Tada aptarkite signalo pobūdį, kurį siunčia ir atpažįsta ląstelės. Nors dauguma jų yra cheminiai signalai, paminėkite, kad kūnas gauna kitus signalus. Paprašykite mokinių sudaryti sąrašą: šviesa, garsas, slėgis, temperatūra yra visi signalai.

Kai telefonas gauna signalą, jis apdorojamas. Kai kurie skambučiai nepaisomi, dėl jų veiksmų vėluojama arba imamasi nedelsiant, priklausomai nuo iniciatoriaus ir turinio. Lygiai taip pat ląstelės teikia pirmenybę signalams arba ignoruoja juos, jei jie nėra reikšmingi. Pavyzdžiui, signalo stiprumas turi peržengti slenkstį, kad sukeltų nervinį atsaką.

Signalų nuvažiuotas atstumas atitinka numatytą atsaką. Autokrininiai signalai sustiprina, nes ląstelė reaguoja į savo signalą, dauginasi ir padidina signalo išvestį. Pavyzdžiui, B-ląstelių aktyvavimą imuninėje sistemoje sukelia pagalbinių T-ląstelių signalai. Parakrininiai signalai, tokie kaip nerviniai impulsai, geriausiai tinka signalams perduoti tarp kaimyninių ląstelių ir dažnai reaguoja greitai. Kai kurie neurotransmiteriai, turintys uždelstą ir ilgalaikį poveikį, naudoja su G baltymais susietus receptorius, o ne su ligandais susijusius receptorius. Tolimojo susisiekimo pranešimai gali integruoti kūno reakciją, pasiekdami kelis tikslinius audinius vienu metu. Reakcijai „kovok arba bėk“ reikalinga gliukozė skeleto raumenims, greitesnis širdies plakimas, išsiplėtę bronchai – visa tai skirta tam pačiam tikslui. Ši informacija apibendrinta 9.1 lentelėje.

Signalas Efektas Pavyzdžiai
Autokrininė Signalo stiprinimas veikiant savaime padidintam išėjimui Bakterijų autoinduktorių T pagalbinių ląstelių atsakas į citokinus
Paracrine Paveikti tik kaimynines ląsteles, lokalizuotas poveikis Neurotransmiteriai imuninės ląstelės
Endokrininės Atsakymų, nukreiptų į kelias ląsteles ar organus, integravimas vienu metu veikia atokias vietas Pagumburio-hipofizės-organo ašis Makrofagų išskiriami uždegimo mediatoriai

Paklauskite mokinių, ar visas nervų sistemos signalas turėtų būti perduodamas ligandų valdomų receptorių, kurie greitai ir trumpai reaguoja. Skeleto raumenys naudoja ligandų valdomus receptorius, kurie greitai ir ribotą laiką reaguoja. Kai kurios situacijos reikalauja ilgalaikio poveikio. Lygūs raumenys turi su G baltymu susietus receptorius, nes lygiųjų raumenų, šlapimo pūslės, žarnyno ir tt atsakas veikia ilgai. Tai to paties ligando, acetilcholino, jungiantis prie dviejų skirtingų tipų receptorių, pavyzdys.

Paskirstykite didelius popieriaus lapus ir žymeklius. Suskirstykite klasę į grupes ir kiekvienai grupei priskirkite specifinį receptorių tipą: su jonų kanalais susieti receptoriai (sujungti jonų kanalai), su G baltymais susieti receptoriai, receptorių tirozino kinazės ir vidiniai (intraceluliniai) receptoriai. Daugiau nei viena studentų grupė gali dirbti su tuo pačiu receptoriumi. Paprašykite mokinių sudaryti sąvokų žemėlapį, pradedant signalų tipais: vandenyje tirpios molekulės arba lipofilinės kiekvienos receptoriaus molekulės. Kiekvienam receptorių tipui nubraižykite antrąjį pasiuntinį ir stiprinimo schemą. Skirkite pakankamai laiko plakatams sukurti ir paprašykite kiekvienos grupės pristatyti receptorių klasei. Čia tikslas yra padalinti ir užkariauti receptorius, nes ląstelių signalizacija yra paini. Parodykite šią Davidson College animaciją klasėje arba pateikite nuorodą, kad mokiniai galėtų peržiūrėti vėliau.

Mokslo praktikos iššūkių klausimais yra papildomų šio skyriaus testo klausimų, kurie padės pasiruošti AP egzaminui. Šie klausimai susiję su šiais standartais:
[APLO 3.33][APLO 3.36]

Gyvų ląstelių pasaulyje yra dviejų rūšių bendravimas. Ryšys tarp ląstelių vadinamas tarpląsteliniu signalizavimu, o ryšys ląstelėje vadinamas tarpląsteliniu signalizavimu. Lengviausias būdas prisiminti skirtumą yra suprasti lotynišką priešdėlių kilmę: inter- reiškia „tarp“ (pavyzdžiui, susikertančios linijos yra tos, kurios kerta viena kitą), o intra- reiškia „viduje“ (kaip intraveninis).

Cheminius signalus išskiria signalizuojančios ląstelės mažų, dažniausiai lakiųjų arba tirpių molekulių, vadinamų ligandais, pavidalu. Ligandas yra molekulė, kuri jungiasi su kita specifine molekule, kai kuriais atvejais perduodama signalą procese. Taigi ligandai gali būti laikomi signalinėmis molekulėmis. Ligandai sąveikauja su baltymais tikslinėse ląstelėse, kurios yra ląstelės, kurias veikia cheminiai signalai. Šie baltymai taip pat vadinami receptoriais. Ligandai ir receptoriai egzistuoja keliomis atmainomis, tačiau specifinis ligandas turės specifinį receptorių, kuris paprastai jungiasi tik su tuo ligandu.

Signalizacijos formos

Daugialąsčiuose organizmuose aptinkamos keturios cheminio signalizavimo kategorijos: parakrininis signalizavimas, endokrininis signalizavimas, autokrininis signalizavimas ir tiesioginis signalizavimas per tarpų jungtis (9.2 pav.). Pagrindinis skirtumas tarp skirtingų signalizacijos kategorijų yra atstumas, kurį signalas nukeliauja per organizmą, kad pasiektų tikslinę ląstelę. Ne visas ląsteles veikia tie patys signalai.

Parakrininis signalizavimas

Signalai, veikiantys lokaliai tarp arti esančių ląstelių, vadinami parakrininiais signalais. Parakrininiai signalai sklinda per tarpląstelinę matricą. Tokio tipo signalai paprastai sukelia greitą atsaką, kuris trunka tik trumpą laiką. Kad atsakas būtų lokalizuotas, parakrininių ligandų molekules paprastai greitai suskaido fermentai arba pašalina kaimyninės ląstelės. Pašalinus signalus, bus atkurtas signalo koncentracijos gradientas, leidžiantis jiems greitai išsklaidyti tarpląstelinėje erdvėje, jei jie vėl bus išleisti.

Vienas iš parakrininių signalų pavyzdžių yra signalų perdavimas per sinapses tarp nervų ląstelių. Nervinė ląstelė susideda iš ląstelės kūno, kelių trumpų šakotų tęsinių, vadinamų dendritais, kurie gauna dirgiklius, ir ilgo tęsinio, vadinamo aksonu, kuris perduoda signalus kitoms nervinėms ar raumenų ląstelėms. Nervinių ląstelių jungtis, kurioje vyksta signalo perdavimas, vadinama sinapse. Sinapsinis signalas yra cheminis signalas, keliaujantis tarp nervų ląstelių. Signalai nervų ląstelėse sklinda greitai judančiais elektriniais impulsais. Kai šie impulsai pasiekia aksono galą, presinapsinėje ląstelėje (signalą skleidžiančioje ląstelėje) išleidžiant cheminius ligandus, vadinamus neurotransmiteriais, signalas tęsiasi į kitos ląstelės dendritą. Neurotransmiteriai pernešami labai mažais atstumais tarp nervinių ląstelių, kurios vadinamos cheminėmis sinapsėmis (9.3 pav.). Mažas atstumas tarp nervinių ląstelių leidžia signalui sklisti greitai, o tai leidžia nedelsiant reaguoti, pvz., Nuimkite ranką nuo viryklės!

Kai neuromediatorius suriša postsinapsinės ląstelės paviršiuje esantį receptorių, pakinta tikslinės ląstelės elektrocheminis potencialas ir paleidžiamas kitas elektrinis impulsas. Neurotransmiteriai, kurie išsiskiria į cheminę sinapsę, greitai suskaidomi arba juos reabsorbuoja presinapsinė ląstelė, kad recipiento nervinė ląstelė galėtų greitai atsigauti ir būtų pasirengusi greitai reaguoti į kitą sinapsinį signalą.

Endokrininė signalizacija

Signalai iš tolimų ląstelių vadinami endokrininiais signalais ir jie kilę iš endokrininių ląstelių. (Daugelis endokrininių ląstelių organizme yra endokrininėse liaukose, pvz., skydliaukėje, pagumburyje ir hipofizėje.) Tokio tipo signalai paprastai sukelia lėtesnį atsaką, bet turi ilgesnį poveikį. Endokrininės sistemos signalizacijos metu išsiskiriantys ligandai vadinami hormonais, signalinėmis molekulėmis, kurios gaminamos vienoje kūno dalyje, bet veikia kitus kūno regionus tam tikru atstumu.

Hormonai nukeliauja didelius atstumus tarp endokrininių ląstelių ir jų tikslinių ląstelių per kraują, o tai yra gana lėtas būdas judėti visame kūne. Dėl savo transportavimo formos hormonai praskiedžiami ir yra mažos koncentracijos, kai jie veikia tikslines ląsteles. Tai skiriasi nuo parakrininės signalizacijos, kai vietinė ligandų koncentracija gali būti labai didelė.

Autokrininis signalizavimas

Autokrininius signalus gamina signalinės ląstelės, kurios taip pat gali prisijungti prie išsilaisvinusio ligando. Tai reiškia, kad signalizacijos ląstelė ir tikslinė ląstelė gali būti ta pati arba panaši ląstelė (priešdėlis automatinis- reiškia save, priminimą, kad signalizuojanti ląstelė siunčia sau signalą). Šio tipo signalizacija dažnai atsiranda ankstyvo organizmo vystymosi metu, siekiant užtikrinti, kad ląstelės išsivystytų į tinkamus audinius ir pradėtų tinkamai funkcionuoti. Autokrininis signalizavimas taip pat reguliuoja skausmo pojūtį ir uždegimines reakcijas. Be to, jei ląstelė yra užkrėsta virusu, ląstelė gali pranešti apie užprogramuotą ląstelės mirtį, o virusas sunaikinamas. Kai kuriais atvejais išsiskyręs ligandas taip pat turi įtakos kaimyninėms to paties tipo ląstelėms. Embriologinio vystymosi metu šis gretimų ląstelių grupės stimuliavimo procesas gali padėti nukreipti identiškų ląstelių diferenciaciją į tą patį ląstelių tipą, taip užtikrinant tinkamą vystymosi rezultatą.

Tiesioginis signalizavimas per tarpų sankryžas

Gyvūnų tarpų jungtys ir augalų plazmodesmos yra jungtys tarp gretimų ląstelių plazminių membranų. Šie skysčiu užpildyti kanalai leidžia mažoms signalinėms molekulėms, vadinamoms tarpląsteliniais mediatoriais, pasklisti tarp dviejų ląstelių. Mažos molekulės, tokios kaip kalcio jonai (Ca 2+ ), gali judėti tarp ląstelių, tačiau didelės molekulės, tokios kaip baltymai ir DNR, netelpa per kanalus. Kanalų specifiškumas užtikrina, kad ląstelės išliks nepriklausomos, bet gali greitai ir lengvai perduoti signalus. Signalizacijos molekulių perdavimas perduoda esamą ląstelės, esančios tiesiai šalia tikslinės ląstelės, būseną, todėl ląstelių grupė gali koordinuoti savo atsaką į signalą, kurį galėjo gauti tik viena iš jų. Augaluose plazmodesmatos yra visur, todėl visas augalas yra milžiniškas ryšių tinklas.

Receptorių tipai

Receptoriai yra baltymų molekulės tikslinėje ląstelėje arba jos paviršiuje, jungiančios ligandą. Yra dviejų tipų receptoriai: vidiniai receptoriai ir ląstelės paviršiaus receptoriai.

Vidiniai receptoriai

Vidiniai receptoriai, taip pat žinomi kaip intraceluliniai arba citoplazminiai receptoriai, randami ląstelės citoplazmoje ir reaguoja į hidrofobines ligandų molekules, kurios gali keliauti per plazmos membraną. Patekusios į ląstelę, daugelis šių molekulių jungiasi prie baltymų, kurie veikia kaip mRNR sintezės (transkripcijos) reguliatoriai, tarpininkaujant genų ekspresijai. Genų ekspresija yra ląstelių procesas, kurio metu ląstelės DNR informacija paverčiama aminorūgščių seka, kuri galiausiai sudaro baltymą. Kai ligandas prisijungia prie vidinio receptoriaus, suveikia konformacinis pokytis, kuris atskleidžia DNR surišimo vietą baltyme. Ligandų-receptorių kompleksas persikelia į branduolį, tada jungiasi prie specifinių chromosomų DNR reguliavimo sričių ir skatina transkripcijos inicijavimą (9.4 pav.). Transkripcija yra ląstelės DNR informacijos kopijavimas į specialią RNR formą, vadinamą pasiuntinio RNR (mRNR). ląstelė naudoja mRNR informaciją (kuri iškeliauja į citoplazmą ir susijungia su ribosomomis), kad susietų specifines aminorūgštis ląstelėse. teisinga tvarka, gamina baltymus. Vidiniai receptoriai gali tiesiogiai paveikti genų ekspresiją, neperduodami signalo kitiems receptoriams ar pasiuntiniams.

Ląstelių paviršiaus receptoriai

Ląstelių paviršiaus receptoriai, taip pat žinomi kaip transmembraniniai receptoriai, yra ląstelės paviršiaus, membranoje pritvirtinti (integralūs) baltymai, kurie jungiasi prie išorinių ligandų molekulių. Šio tipo receptoriai apima plazmos membraną ir atlieka signalo perdavimą, kurio metu ekstraląstelinis signalas paverčiamas tarpląsteliniu signalu. Ligandai, kurie sąveikauja su ląstelės paviršiaus receptoriais, neturi patekti į ląstelę, kurią jie veikia. Ląstelių paviršiaus receptoriai taip pat vadinami ląstelei būdingais baltymais arba žymenimis, nes jie būdingi atskiriems ląstelių tipams.

Kadangi ląstelės paviršiaus receptorių baltymai yra esminiai normaliam ląstelių funkcionavimui, nenuostabu, kad kurio nors iš šių baltymų gedimas gali turėti rimtų pasekmių. Nustatyta, kad tam tikrų receptorių molekulių baltymų struktūrų klaidos turi įtakos hipertenzijai (aukštam kraujospūdžiui), astmai, širdies ligoms ir vėžiui.

Kiekvienas ląstelės paviršiaus receptorius turi tris pagrindinius komponentus: išorinį ligandą surišantį domeną, hidrofobinę membraną apimančią sritį ir ląstelės viduje esantį tarpląstelinį domeną. Ligandą surišantis domenas taip pat vadinamas ekstraląsteliniu domenu. Kiekvieno iš šių domenų dydis ir apimtis labai skiriasi, priklausomai nuo receptoriaus tipo.

Evoliucijos ryšys

Kaip virusai atpažįsta šeimininką

Skirtingai nuo gyvų ląstelių, daugelis virusų neturi plazminės membranos arba jokių struktūrų, reikalingų gyvybei palaikyti. Kai kurie virusai yra tiesiog sudaryti iš inertinio baltymo apvalkalo, kuriame yra DNR arba RNR. Norėdami daugintis, virusai turi įsiveržti į gyvą ląstelę, kuri atlieka šeimininko vaidmenį, o tada perimti šeimininko ląstelių aparatą. Bet kaip virusas atpažįsta savo šeimininką?

Virusai dažnai jungiasi prie šeimininko ląstelės paviršiaus receptorių. Pavyzdžiui, žmogaus gripą (gripą) sukeliantis virusas specifiškai jungiasi prie kvėpavimo sistemos ląstelių membranų receptorių. Cheminiai ląstelės paviršiaus receptorių skirtumai tarp šeimininkų reiškia, kad virusas, užkrečiantis tam tikrą rūšį (pavyzdžiui, žmones), negali užkrėsti kitos rūšies (pavyzdžiui, viščiukų).

Tačiau virusai turi labai mažą DNR arba RNR kiekį, palyginti su žmonėmis, todėl virusai gali greitai daugintis. Viruso dauginimasis visada sukelia klaidų, dėl kurių gali pasikeisti naujai gaminami virusai. Šie pokyčiai reiškia, kad viruso baltymai, sąveikaujantys su ląstelės paviršiaus receptoriais, gali išsivystyti taip, kad gali prisijungti prie naujo šeimininko receptorių. Tokie pokyčiai vyksta atsitiktinai ir gana dažnai viruso dauginimosi cikle, tačiau pokyčiai svarbūs tik tada, kai virusas, turintis naujų rišamųjų savybių, kontaktuoja su tinkamu šeimininku. Gripo atveju tokia situacija gali susidaryti vietose, kuriose gyvūnai ir žmonės artimai bendrauja, pavyzdžiui, paukštynuose ir kiaulių ūkiuose. 1 Kai virusas pereina į naują šeimininką, jis gali greitai išplisti. Mokslininkai atidžiai stebi naujai atsirandančius virusus (vadinamus naujaisiais virusais), tikėdamiesi, kad toks stebėjimas gali sumažinti pasaulinių virusinių epidemijų tikimybę.

  1. Prieš užkrėsdamas žmones, virusas turi užkrėsti mažiausiai du skirtingus gyvūnus.
  2. Virusas turi liestis su nauju šeimininku, kad atsirastų mutacijų, leidžiančių virusui prisijungti prie to šeimininko.
  3. Šeimininke turi įvykti mutacija, leidžianti virusui prisijungti prie šeimininko.
  4. Virusas turi įvykti mutacija, leidžianti virusui užkrėsti naują šeimininką, ir virusas turi liestis su šiuo šeimininku.

Ląstelių paviršiaus receptoriai dalyvauja daugelyje daugialąsčių organizmų signalizacijos. Yra trys bendros ląstelių paviršiaus receptorių kategorijos: su jonų kanalais susieti receptoriai, su G baltymu susieti receptoriai ir su fermentais susieti receptoriai.

Jonų kanalais susieti receptoriai suriša ligandą ir per membraną atveria kanalą, leidžiantį praeiti specifiniams jonams. Norint suformuoti kanalą, šio tipo ląstelės paviršiaus receptoriai turi platų membraną apimantį regioną. Kad galėtų sąveikauti su fosfolipidų riebalų rūgščių uodegomis, kurios sudaro plazmos membranos centrą, daugelis aminorūgščių membraną apimančioje srityje yra hidrofobinės. Ir atvirkščiai, kanalo viduje esančios aminorūgštys yra hidrofilinės, kad galėtų praleisti vandenį ar jonus. Kai ligandas prisijungia prie tarpląstelinės kanalo srities, vyksta konformacinis baltymų struktūros pokytis, dėl kurio gali praeiti tokie jonai kaip natris, kalcis, magnis ir vandenilis (9.5 pav.).

Su G baltymu susiję receptoriai sujungia ligandą ir aktyvuoja membraninį baltymą, vadinamą G baltymu. Tada aktyvuotas G-baltymas sąveikauja arba su jonų kanalu, arba su fermentu membranoje (9.6 pav.). Visi su G baltymu susiję receptoriai turi septynis transmembraninius domenus, tačiau kiekvienas receptorius turi savo specifinį tarpląstelinį domeną ir G baltymo surišimo vietą.

Ląstelių signalizacija naudojant su G baltymu susijusius receptorius vyksta kaip ciklinė įvykių serija. Prieš susijungiant ligandui, neaktyvus G-baltymas gali prisijungti prie naujai atskleistos receptorių vietos, kuri yra specifinė jo prisijungimui. Kai G-baltymas prisijungia prie receptoriaus, dėl to pasikeitus forma suaktyvinamas G-baltymas, kuris išskiria BVP ir pasiima GTP. Tada G-baltymo subvienetai suskaidomi į α subvienetas ir βγ subvienetas. Dėl to vienas arba abu šie G baltymo fragmentai gali suaktyvinti kitus baltymus. Po kurio laiko GTP aktyvuojamas α G-baltymo subvienetas yra hidrolizuojamas iki BVP ir βγ subvienetas yra išjungtas. Subvienetai vėl susijungia sudarydami neaktyvų G-baltymą ir ciklas prasideda iš naujo.

Su G baltymais susiję receptoriai buvo plačiai ištirti ir daug sužinota apie jų vaidmenį palaikant sveikatą. Žmonėms patogeniškos bakterijos gali išskirti nuodus, kurie sutrikdo specifinių su G baltymu susijusių receptorių funkciją ir sukelia ligas, tokias kaip kokliušas, botulizmas ir cholera. Pavyzdžiui, sergant cholera (9.7 pav.), vandens plintanti bakterija Vibrio cholerae gamina toksiną cholerageną, kuris jungiasi prie plonosios žarnos ląstelių. Tada toksinas patenka į šias žarnyno ląsteles, kur modifikuoja G-baltymą, kuris kontroliuoja chlorido kanalo atidarymą ir skatina jį nuolat išlikti aktyvus, todėl organizmas praranda daug skysčių ir dėl to gali mirti dehidratuoti.

Su fermentais susieti receptoriai yra ląstelės paviršiaus receptoriai, turintys tarpląstelinius domenus, kurie yra susiję su fermentu. Kai kuriais atvejais paties receptoriaus intracelulinis domenas yra fermentas. Kiti su fermentu susiję receptoriai turi nedidelį tarpląstelinį domeną, kuris tiesiogiai sąveikauja su fermentu. Su fermentais susieti receptoriai paprastai turi didelius tarpląstelinius ir tarpląstelinius domenus, tačiau membraną apimanti sritis susideda iš vienos alfa-spiralinės peptidinės grandinės srities. Kai ligandas prisijungia prie tarpląstelinio domeno, per membraną perduodamas signalas, aktyvuojant fermentą. Fermento aktyvinimas ląstelėje sukelia įvykių grandinę, kuri galiausiai sukelia atsaką. Vienas tokio tipo su fermentais susietų receptorių pavyzdžių yra tirozino kinazės receptorius (9.8 pav.). Kinazė yra fermentas, pernešantis fosfatų grupes iš ATP į kitą baltymą. Tirozino kinazės receptorius perkelia fosfato grupes į tirozino molekules (tirozino liekanas). Pirma, signalinės molekulės jungiasi prie dviejų netoliese esančių tirozino kinazės receptorių tarpląstelinio domeno. Tada du gretimi receptoriai susijungia arba dimerizuojasi. Tada fosfatai pridedami prie tirozino liekanų receptorių intraceluliniame domene (fosforilinimas). Fosforilintos liekanos gali perduoti signalą kitam citoplazmos pasiuntiniui.

Vizualinis ryšys

  1. dimerizacija ir tolesnis ląstelių atsakas
  2. fosfatazės aktyvumas, dimerizacija ir tolesnis ląstelių atsakas
  3. signalinės molekulės surišimas, dimerizacija ir tolesnis ląstelių atsakas
  4. pasroviui esantis ląstelių atsakas

Signalizacijos molekulės

Gaminami signalizuojančių ląstelių ir vėlesnio prisijungimo prie tikslinių ląstelių receptorių, ligandai veikia kaip cheminiai signalai, kurie keliauja į tikslines ląsteles, kad koordinuotų atsakus. Molekulių, kurios tarnauja kaip ligandai, tipai yra neįtikėtinai įvairūs ir svyruoja nuo mažų baltymų iki mažų jonų, tokių kaip kalcis (Ca 2+ ).

Maži hidrofobiniai ligandai

Maži hidrofobiniai ligandai gali tiesiogiai difuzuoti per plazmos membraną ir sąveikauti su vidiniais receptoriais. Svarbūs šios klasės ligandų nariai yra steroidiniai hormonai. Steroidai yra lipidai, turintys angliavandenilio skeletą su keturiais sujungtais žiedais, skirtingi steroidai turi skirtingas funkcines grupes, prijungtas prie anglies skeleto. Steroidiniai hormonai apima moterišką lytinį hormoną estradiolį, kuris yra estrogeno rūšis, vyrišką lytinį hormoną, testosteroną ir cholesterolį, kuris yra svarbus struktūrinis biologinių membranų komponentas ir steroidinių hormonų pirmtakas (9.9 pav.). Kiti hidrofobiniai hormonai apima skydliaukės hormonus ir vitaminą D. Kad būtų tirpūs kraujyje, hidrofobiniai ligandai turi jungtis su nešikliais baltymais, kol jie yra pernešami per kraują.

Vandenyje tirpūs ligandai

Vandenyje tirpūs ligandai yra poliniai, todėl kartais negali prasiskverbti pro plazmos membraną be pagalbos, jie yra per dideli, kad iš viso galėtų praeiti pro membraną. Vietoj to, dauguma vandenyje tirpių ligandų jungiasi prie ląstelės paviršiaus receptorių tarpląstelinio domeno. Ši ligandų grupė yra gana įvairi ir apima mažas molekules, peptidus ir baltymus.

Kiti ligandai

Azoto oksidas (NO) yra dujos, kurios taip pat veikia kaip ligandas. Jis gali sklisti tiesiai per plazmos membraną, o vienas iš jo vaidmenų yra sąveikauti su lygiųjų raumenų receptoriais ir paskatinti audinių atsipalaidavimą. NO pusinės eliminacijos laikas yra labai trumpas, todėl veikia tik nedideliais atstumais. Nitroglicerinas, širdies ligų gydymas, skatina NO išsiskyrimą, dėl kurio išsiplečia (plečiasi) kraujagyslės, taip atkuriant kraujotaką į širdį.

Mokslo praktikos ryšys AP® kursams

Pagalvok apie tai

  • Laboratorijoje užaugintos ląstelės dedamos į tirpalą, kuriame yra dažų, kurie negali prasiskverbti pro plazmos membraną. Jei vėliau į tirpalą pridedamas ligandas, stebėjimai rodo, kad dažai patenka į ląstelę. Apibūdinkite receptorių, prie kurių ligandas greičiausiai jungiasi, tipą ir paaiškinkite savo samprotavimus.
  • HER2 yra receptorių tirozino kinazė. 30 procentų žmonių krūties vėžio atvejų HER2 aktyvuojamas visam laikui, todėl ląstelių dalijimasis nereguliuojamas. Lapatinibas, vaistas, vartojamas krūties vėžiui gydyti, slopina HER2 receptoriaus tirozino kinazės autofosforilinimą (procesą, kurio metu receptorius prideda fosfato ant savęs), taip sumažindamas naviko augimą. Be autofosforilinimo, paaiškinkite kitą ląstelių signalizacijos kelio ypatybę, kurią gali paveikti Lapatinibas.
  • Esant tam tikroms vėžio formoms, RAS G baltymo GTPazės aktyvumas slopinamas. Tai reiškia, kad RAS G baltymas nebegali hidrolizuoti GTP į BVP. Paaiškinkite, kokį poveikį tai turėtų tolesniems ląstelių įvykiams.

Pagalba mokytojams

Pirmasis klausimas yra 3.34 mokymosi tikslo ir 6.3 mokslo praktikos taikymas, nes studentai aiškina, kaip ląstelės bendrauja per signalizacijos kelius, pradedant signalo molekulės ir receptoriaus baltymo sąveika.

Antrasis ir trečiasis klausimai yra 3.34 mokymosi tikslo ir 6.3 mokslo praktikos taikymas, nes studentai aiškina, kaip ląstelių signalizacijos takų sutrikimai gali paveikti normalią ląstelės funkciją.

Atsakymai:

  • Tikėtina, kad dažai yra didelės molekulės, greičiausiai hidrofilinės. Ligandas gali pakeisti ląstelės membranos pralaidumą, pavyzdžiui, jis jungiasi prie uždarų kanalų, kurie leidžia dažams praeiti. Kaip pavyzdį nurodykite acetilcholino prisijungimą prie jo receptorių ir Na + perėjimą.
  • Abiem atvejais atsakymas yra tas pats, visos reakcijos po fosforilinimo nevyksta, nes jos priklauso nuo pirmosios reakcijos. Paskutinis žingsnis – ląstelių dalijimuisi reikalingų baltymų transkripcija ir vertimas – nevyksta, o ląstelių dauginimasis slopinamas.

Išnašos

    A. B. Sigalovas, Gamtos mokykla. IV. Mokymasis iš virusų, Save/nesavaime 1, Nr. 4 (2010): 282-298. Y. Cao, X. Koh, L. Dong, X. Du, A. Wu, X. Ding, H. Deng, Y. Shu, J. Chen, T. Jiang, Rapid Estimation of Binding Activity of Influenza Virus Hemagglutinin to Žmonių ir paukščių receptoriai, PLoS One 6, Nr. 4 (2011): e18664.

Kaip „Amazon“ partneris, uždirbame iš atitinkamų pirkinių.

Norite cituoti, bendrinti ar pakeisti šią knygą? Ši knyga yra Creative Commons Attribution License 4.0 ir jūs turite priskirti OpenStax.

    Jei perplatinate visą arba dalį šios knygos spausdintu formatu, kiekviename fiziniame puslapyje turite įtraukti toliau nurodytą priskyrimą:

  • Norėdami sukurti citatą, naudokite toliau pateiktą informaciją. Rekomenduojame naudoti citavimo įrankį, tokį kaip šis.
    • Autoriai: Julianne Zedalis, John Eggebrecht
    • Leidėjas / svetainė: OpenStax
    • Knygos pavadinimas: Biology for AP® Courses
    • Paskelbimo data: 2018 m. kovo 8 d
    • Vieta: Hiustonas, Teksasas
    • Knygos URL: https://openstax.org/books/biology-ap-courses/pages/1-introduction
    • Skyriaus URL: https://openstax.org/books/biology-ap-courses/pages/9-1-signaling-molecules-and-cellular-receptors

    © „OpenStax“, 2021 m. sausio 12 d. OpenStax sukurtas vadovėlio turinys yra licencijuotas pagal Creative Commons Attribution License 4.0 licenciją. „OpenStax“ pavadinimui, „OpenStax“ logotipui, „OpenStax“ knygų viršeliams, „OpenStax CNX“ pavadinimui ir „OpenStax CNX“ logotipui Creative Commons licencija netaikoma ir jų negalima atgaminti be išankstinio ir aiškaus rašytinio Rice universiteto sutikimo.


    9-1-1 kontrolinio taško spaustukas stimuliuoja DNR rezekciją Dna2-Sgs1 ir Exo1

    Viengrandė DNR (ssDNR) DNR galuose yra svarbus atsako į DNR pažeidimą reguliatorius. Rezekcija, ssDNR generavimas, turi įtakos DNR pažeidimo kontrolinio taško aktyvacijai, DNR atstatymo kelio pasirinkimui, su ssDNR susijusiai mutacijai ir replikacijos šakutės stabilumui. Eukariotuose, norint atlikti plačią DNR rezekciją, reikia nukleazės Exo1 ir nukleazės/helikazės poros: Dna2 ir Sgs1 (BLM). Kaip Exo1 ir Dna2-Sgs1 (BLM) koordinuoja rezekcijos metu, vis dar menkai suprantama. Pranešama, kad DNR pažeidimo kontrolinio taško spaustukas (9-1-1 kompleksas) vaidina svarbų vaidmenį skatinant rezekciją, tačiau tikslus mechanizmas lieka neaiškus. Čia parodome, kad žmogaus 9-1-1 kompleksas padidina DNR skilimą tiek DNR2, tiek EXO1 in vitro, parodydamas, kad 9-1-1 komplekso rezekcijos-stimuliuojantis vaidmuo yra tiesioginis. We also show that in Saccharomyces cerevisiae, the 9-1-1 complex promotes both Dna2-Sgs1 and Exo1-dependent resection in response to uncapped telomeres. Our results suggest that the 9-1-1 complex facilitates resection by recruiting both Dna2-Sgs1 and Exo1 to sites of resection. This activity of the 9-1-1 complex in supporting resection is strongly inhibited by the checkpoint adaptor Rad9(53BP1). Our results provide important mechanistic insights into how DNA resection is regulated by checkpoint proteins and have implications for genome stability in eukaryotes.

    © The Author(s) 2014. Published by Oxford University Press on behalf of Nucleic Acids Research.

    Figūros

    Human 9-1-1 complex stimulates DNA2…

    Human 9-1-1 complex stimulates DNA2 and EXO1 activities. ( A, B ) DNA2…

    Human 9-1-1 complex loads onto…

    Human 9-1-1 complex loads onto DNA to stimulate nuclease activity. ( A )…

    The 9-1-1 complex promotes extensive…

    The 9-1-1 complex promotes extensive DNA resection. ( A ) Maps of the…

    The 9-1-1 complex promotes Exo1-dependent…

    The 9-1-1 complex promotes Exo1-dependent resection. ( A–C ) Analyses of 3′ssDNA accumulation…

    The 9-1-1 complex promotes Exo1-…

    The 9-1-1 complex promotes Exo1- and Dna2-Sgs1-dependent resection. ( A ) Analyses of…

    The 9-1-1 complex promotes the…

    The 9-1-1 complex promotes the binding of Dna2, Sgs1 and Exo1 to DNA…

    The role of the 9-1-1 complex in stimulating DNA resection. ( A, B…


    Medžiagos ir metodai

    Network reconstruction

    The two primary reaction networks used to create the ME-Model were the most recent metabolic reconstruction ( Orth ir kt, 2011 ), and a network detailing the reactions of gene expression and functional enzyme synthesis ( Thiele ir kt, 2009). The gene expression reconstruction is formalized as a set of ‘template reactions’ that can be applied to different components (e.g., gene, peptide, and set of peptides) to generate balanced reactions. Merging the E. coli metabolic network reconstruction with the gene expression reconstruction required a conversion of the Boolean Gene-Protein-Reaction associations (GPRs) into protein complexes. We utilized EcoCyc's annotation to map gene sets to functional enzyme complexes. The content of the final reconstruction is detailed in Supplementary Tables S1, S9, and S10.

    Coupling constraint formulation and imposition

    Coupling constraints provide a mechanism for linking the flux values of one or more reactions in the ME-Model. For example, they were used to bound the number of proteins that may be translated from an mRNA before the mRNA decays or is transmitted to a daughter cell. They are also the mechanism through which we related enzyme abundance and activity. Often, the coupling constraints are a function of the organism's growth rate (μ). The coupling constraints are a set of inequality constraints appended to the stoichiometric matrix as additional rows. Assumptions and literature citations for all parameters used can be found in Supplementary information.

    Optimization procedure

    As the demand reactions and coupling constraints are functions of the organism's growth rate (μ), growth-rate optimization is not a linear program (LP) as in metabolic models, which rely on a linear biomass objective function. Instead, to optimize for growth rate, we solve a sequence of LPs to search for the maximum growth rate, μ*, that still results in a feasible LP. This search for μ* is accomplished through a binary search the search procedure is slightly different depending on whether the cell is proteome-limited (Janusian and Batch growth modes) or SNL. Detailed traces of the execution of the optimization procedures can be found in Supplementary information.

    Hierarchical clustering

    For Figure 4B, relative fractional proteome mass was calculated for each gene–enzyme pair. If a gene is present in multiple enzyme complexes, then it is represented twice, and all subunits of an enzyme complex are counted separately. To filter out the stochastic expression of alternative isozymes (to make the observed trends clear), we eliminated gene–enzyme pairs that were not expressed across all growth rates and filtered gene–enzyme pairs that changed in relative expression by >0.3 across more than one pair of consecutive growth rates. Hierarchical clustering was performed on the resulting expression profiles we used a signed power (β=6) correlation similarity (as in Langfelder and Horvath, 2008 ) and average agglomeration.

    File formats and accessibility

    The model is freely available as part of the openCOBRA Project (http://opencobra.sourceforge.net).


    9.1: Metabolism in BIS2A - Biology

    Visi MDPI paskelbti straipsniai yra nedelsiant prieinami visame pasaulyje pagal atviros prieigos licenciją. Norint pakartotinai naudoti visą ar dalį MDPI paskelbto straipsnio, įskaitant paveikslus ir lenteles, specialaus leidimo nereikia. Straipsniams, paskelbtiems pagal atviros prieigos Creative Common CC BY licenciją, bet kuri straipsnio dalis gali būti pakartotinai naudojama be leidimo, jei originalus straipsnis yra aiškiai cituojamas.

    Pagrindiniai dokumentai yra pažangiausi moksliniai tyrimai, turintys didelį potencialą turėti didelį poveikį šioje srityje. Pagrindiniai straipsniai pateikiami gavus individualų mokslinių redaktorių kvietimą arba rekomendaciją ir prieš paskelbiant juos peržiūrimi.

    Pagrindinis dokumentas gali būti originalus mokslinis straipsnis, esminis naujas mokslinis tyrimas, kuris dažnai apima keletą metodų ar požiūrių, arba išsamus apžvalginis dokumentas su glaustais ir tiksliais naujausios pažangos atnaujinimais šioje srityje, kuriame sistemingai apžvelgiami įdomiausi mokslo pasiekimai. literatūra. Šio tipo popieriuje pateikiama ateities tyrimų krypčių ar galimų pritaikymų perspektyva.

    „Editor’s Choice“ straipsniai yra pagrįsti MDPI žurnalų iš viso pasaulio mokslinių redaktorių rekomendacijomis. Redaktoriai atrenka nedidelį skaičių neseniai žurnale paskelbtų straipsnių, kurie, jų nuomone, bus ypač įdomūs autoriams arba svarbūs šioje srityje. Tikslas yra pateikti kai kurių įdomiausių darbų, paskelbtų įvairiose žurnalo tyrimų srityse, vaizdą.


    Žiūrėti video įrašą: Lipidų metabolizmas I. Virškinimas ir pernaša organizme (Gegužė 2022).