Инициация сигнала и сборка рецепторного комплекса
Процесс передачи сигнала начинается на поверхности плазматической мембраны клетки. Инициаторами выступают различные ростовые факторы, например, эпидермальный фактор роста (ЭФР) или фактор роста нервов (ФРН).
- Связывание лиганда и активация рецептора. Ростовой фактор взаимодействует со специфическим рецептором (рецепторной тирозинкиназой). Это приводит к димеризации рецептора — объединению двух его субъединиц. Сразу после этого происходит трансаутофосфорилирование: рецептор присоединяет фосфатные группы к тирозиновым остаткам своей же цитозольной (внутренней) части.
- Привлечение адаптерных белков. Фосфорилирование кардинально меняет пространственную конформацию рецептора, многократно повышая его сродство к мембранному адаптерному белку Grb2.
- Взаимодействие с фактором обмена. Присоединение Grb2 к рецептору создает условия для связывания цитозольного белка SOS, который выполняет роль фактора обмена гуаниловых нуклеотидов. В результате на внутренней стороне мембраны формируется многокомпонентный комплекс.
Активация белка Ras и запуск киназного каскада
Центральным звеном, передающим сигнал от рецепторного комплекса в цитозоль, является малый G-белок — Ras. В неактивном состоянии он связан с молекулой гуанозиндифосфата (ГДФ) и прочно «заякорен» в клеточной мембране.
- Обмен нуклеотидов. Белок SOS в составе рецепторного комплекса повышает комплементарность к Ras и вызывает изменение его конформации. В результате сродство Ras к ГДФ резко падает, ГДФ отсоединяется, а на его место встает гуанозинтрифосфат (ГТФ).
- Включение каскада. Образование комплекса Ras-ГТФ означает полную активацию белка. Он отделяется от первичного комплекса и в примембранной области связывается с белком Raf (МАП-киназа-киназа-киназа).
- Цепь фосфорилирования. Образовавшийся комплекс Ras-ГТФ • Raf приобретает протеинкиназную активность. Raf фосфорилирует фермент МЕК-киназу. Активированная МЕК-киназа, в свою очередь, фосфорилирует саму МАП-киназу по двум специфическим аминокислотным остаткам — треонину и тирозину.
Биологические эффекты МАП-киназы
Присоединение фосфатной группы ($-PO_3^{2-}$) к МАП-киназе с использованием энергии АТФ меняет её электрический заряд и конформацию, переводя фермент в активное состояние. Активная МАП-киназа фосфорилирует свои мишени строго по остаткам серина и треонина. Воздействие распределяется по двум основным путям:
- Быстрый ответ (цитозольный и мембранный). МАП-киназа изменяет активность различных цитозольных и мембранных белков. Это приводит к быстрой регуляции скорости текущих метаболических процессов и изменению функционирования мембранных транслоказ.
- Медленный, долговременный ответ (ядерный). Фосфорилирование повышает сродство МАП-киназы к ядерным регуляторным белкам (факторам транскрипции). Транслокация сигнала в ядро приводит к изменению экспрессии генов, что в конечном итоге регулирует митотическую активность клеток-мишеней — их рост и деление.
Медицинское значение: белок Ras и таргетная терапия
Для нормального функционирования и взаимодействия с рецептором белок Ras должен быть локализован на внутренней поверхности плазматической мембраны. Это обеспечивается процессом ацилирования — присоединением специального липидного «якоря» (фарнезилового остатка).
Суть проблемы в онкологии: В опухолевых клетках часто выявляются мутации белка Ras, из-за которых он находится в постоянно активном состоянии. Это вызывает безостановочную передачу пролиферативного сигнала в ядро и бесконтрольное деление клетки.
Фармакологическая мишень: Современные препараты для таргетной терапии рака действуют как ингибиторы фарнезилтрансферазы — фермента, прикрепляющего липидный якорь к Ras. Без этого хвоста мутантный белок не способен закрепиться на мембране. Он остается в цитозоле, сигнальная цепь от рецепторов ростовых факторов к ядру разрывается, и рост опухоли останавливается.
Запомнить последовательность киназ поможет простая буквенная цепь: Ras активирует Raf, который будит MEK, а та запускает MAPK (Ras → Raf → MEK → MAPK).
Вопросы с занятий и экзамена
Какие аминокислоты подвергаются фосфорилированию на разных этапах каскада?
Рецептор фосфорилирует сам себя по остаткам тирозина. МЕК-киназа присоединяет фосфат к МАП-киназе по тирозину и треонину. Сама МАП-киназа действует на белки-мишени, фосфорилируя их по остаткам серина и треонина.
Зачем белку Ras необходим процесс фарнезилирования?
Фарнезилирование обеспечивает белок Ras липидным «якорем». Только с его помощью белок может закрепиться на внутренней стороне клеточной мембраны, чтобы взаимодействовать с активированным рецепторным комплексом.
Что происходит с клеточным сигналом, если ингибировать фарнезилтрансферазу?
Белок Ras теряет способность встраиваться в мембрану и остается в цитозоле. Это разрывает цепь передачи сигнала от ростовых факторов к ядру, что приводит к остановке пролиферации (деления) клетки.
Что ещё разобрать по теме
- Детальное строение и конформационные изменения рецепторных тирозинкиназ
- Роль и структура адаптерного мембранного белка Grb2
- Механизм работы белка SOS как фактора обмена гуаниловых нуклеотидов
- Специфические транскрипционные факторы ядра, активируемые МАП-киназой
- Классификация и функции мембранных транслоказ, регулируемых каскадом
Разберите тему целиком в курсе «Биохимия»
Здесь — выжимка. В курсе — всё, что спрашивают на занятии и экзамене.
- Полная методичка по теме «МАП-киназный каскад» и ещё 3 574 страниц предмета
- Задания и тесты после каждой темы — как на коллоквиуме
- AI-тьютор ответит на вопрос по теме в любое время
- 115 видеоуроков по предмету
Другие темы раздела «Строение и функции биологических мембран»
Бесплатные видеоуроки: биохимияКороткие уроки с конспектами — без регистрации.
Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.