Embed Size (px)
Citation preview
Prof.Dr.HamdiÖĞÜŞ[email protected]
YakınDoğuÜniversitesiTıpFakültesiBiyokimyaAnabilimDalı,LeJoşa,KKTC
Dersplanı1. SinyalilePmi(signaltransducPon)nedir?2. SinyalilePminingenelözellikleri
Özgüllük,Duyarlılık,Çoğaltma,Duyarsızlaş6rma-uyum,Bütünleşme
3. SinyalilePmimekanizmaları–sınıflandırma4. Kapılıiyonkanalları5. G-protein-kenetlireseptörler6. Reseptörenzimler7. EnzimakPvitesiolmayanreseptörler8. Nükleerreseptörler
SinyalilePmi(signaltransduc?on)• Birhaberinkimyasalbirdeğişikliğeçevrilmesidir.
– Yaşamiçintemeldir.– Yaşayanbütünhücrelerdeevrenselözellikleresahip?r.
• Sinyal,özgülreseptörlertaraLndanalgılananbirbilgidirvedaimakimyasalbirişlemikullananhücreselbiryanıtadönüştürülür.
Haberleşmeninaşamaları1. AlmaBirincilhabercininreseptörebağlanması
2. TransducPon(Evirme?)-İkincilhabercininoluşumu-Ak?vasyonzinciri3. Yanıt- İyontransportu- Proteinmodifikasyonu- Geneekspresyonu
Hücrelerinyanıtverdiğibazısinyaller• An?jenler • Işık• Gelişimsinyalleri • Mekaniktemas• Büyümefaktörleri • NörotransmiWerler• Hormonlar • Besinmaddeleri• Ekstrasellülermatriksbileşenleri
• Kokulumaddeler
• Tatverenmaddeler • Feromonlar• Hücreyüzeyiglikoproteinleri/oligosakkaridler
SinyalilePmsistemlerininözellikleri• Özgüllük
Sinyalmolekülleriilereseptörlerarasındakesinbirtamamlayıcılıkvardır(non-kovalanetkileşme)
• DuyarlılıkSinyalmolekülünekarşıreseptörleryüksekafinitegösterirler.
• Yükseltme(Amplifica?on)Reseptöryanı6nşidde?ardışıkişlemlerlear6rılır.
• Duyarsızlaşma–Uyarlama• Bütünleşme(Integra?on)
Etki
Özgüllük(specificity)Sinyalmolekülütamamlayıcıreseptörünbağlanmabölgesinetamuyumgösterir,diğermolekülleruymaz.
SinyalilePmsistemlerininözellikleri
ReseptörÇokhücreliorganizmalardaekbirözgüllükdahavardır,çünküsinyaleyanıtverenreseptöryadabirsinyalyolağınınhücreiçihedefleriyalnızbelirlihücrelerdebulunur.
SinyalilePmsistemlerininözellikleri
Güçlendirme(amplifica?on)
Enzimlerenzimleriak?vee`ğindeetkilenenmolekülsayısıgeometrikolarakartar.
SinyalilePmsistemlerininözellikleri
Sinyal
Reseptör
Yanıt
Duyarsızlaşma-Uyarlama(desensi?za?on-adapta?on)Reseptörak?vasyonu,reseptörüdevredışıbırakanyadahücreyüzeyindenkaldıranbirgeribeslemedevresinite?kler.
Birsinyalsürekliolarakvarsa,reseptörkapanır(desensiPzasyon).Dahasonra,uyarıbelirlibireşiğinal6naindiğindesöstemyenidenduyarlıhalegeçer(adaptasyon).
SinyalilePmsistemlerininözellikleriSinyal 1 Sinyal 2
Reseptör 1
Reseptör 2
Yanıt
Bütünleşme(integra?on)Birmetaboliközellik,örneğinbirikincihaberci(X)yadazarpotansiyeli(Vm)üzerindezıtetkiliikisinyalvarsa,düzenleyiciçıkışherikireseptöregelengirişsinyalininintegrasyonuilesonuçlanır.Entegrasyon, sistemin çoklu sinyalleri alabilmesi vehücreningereksinmelerineuygunbirleş?rilmişbiryanıtverebilmeyeteneğidir.
Molekülermekanizmalar
İyon
Kapılı iyon kanalı Sinyal ligandına (S) ya da zar potansiyeline yanıt olarak açılır ya da kapanır.
Yılansı reseptör Reseptöre (R ) bağlanan ligand, ikincil haberci olan bir X molekülünü oluştura-cak enzimi regüle eden hücreiçi bir GTP-bağlayıcı proteini aktive eder.
Enzim aktivitesi olmayan reseptör Bir gen düzenleyici proteini (doğrudan ya da bir protein kinaz zinciri yoluyla) aktive ederek gen ekspresyonunu değiştiren sitozolik bir protein kinazla etkileşir.
Çekirdekzarı
Plazmazarı
Reseptör enzim Ligandın ekstrasellüler bölgesine bağlanmasıyla hücre içindeki kısım-da yer alan enzim aktivitesi uyarılır.
Steroid reseptörü Steroid bir nükleer reseptör proteinine bağlanır ve resep-törün özgül genlerin ekspresyonuna izin verir.
Kinazzinciri
Yapışma reseptörü Ekstrasellüler matrikste mole-külleri bağlar, konformasyon değişikliğine uğrar, hücre iskeletiyle olan etkileşmeler değişir.
Nature Reviews Neuroscience 8, 128–140 (February 2007)
Lipidadacıklarınınönemi
• Plazmazarındaküçükyapılarhalindebulunanlipidadacık-larındasinyalile?mproteinleritoplanmış6r.
• Böyleceetkileşmelerivesinyalile?midahaetkinbirbiçimdegerçekleşir.
• Lipidadacıklarınınyapısıkolesterolünuzaklaş6rılmasıilebozulursa,birçokhaberleşmeyolağıişlevsizhalegelir.
Molekülermekanizmalar
• Kapılı (gated) iyon kanalları
• G protein-kenetli reseptörler
• Reseptör enzimler
• Enzim aktivitesi olmayan reseptörler
• Nükleer reseptörler
KapılıİyonKanalları
Kapılıiyonkanallarısinyaliikişekildeile?lir:
• Dahasonrabirikincilhaberciolarakgörevalacakbiriyonun(Ca2+gibi)sitoplazmadakiderişimideğişPrilir.
• Zaraşırı(transmembrane)elektrikpotansiyelinideğişPrilirvezarpotansiyelineduyarlıproteinleretkilenir
• Achreseptörü,Achiçinikiyüksekafinitelibağlamayeriolanbirallosterikproteindir.
• Ligand-reseptörbağlanmasında,pozi?fkoopera?fbiretkileşmesözkonusudur.Na+yadaCa2+iyonlarınıniçeriakmasızarıdepolarizeeder.
Asetilkolin(Ach)reseptörü
UyarılmışbirnörontaraLndansalınanAchbirkaçmikrometre genişliğinde olan sinap?k yarığıdiffüzyonlageçerek,yarığınöbürtaraLndakipost-sinap?k nörona ya da nöromüsküler plaktakimiyosite ulaşır. Postsinap?k hücredeki Achreseptörü ile etkileşir ve elektriksel uyarıyı(depolarizasyon)te?kler.
AsePlkolin(Ach)
Asetilkolin(Ach)reseptörü
Asetilkolin(Ach)reseptörü
Asetilkolin(Ach)reseptörü
• Achsinap?karalıktaasePlkolinesteraz(AChE)enzimitaraLndanhızlaortadankaldırılır.
• Ach’ninyüksekderişimdekaldığıbirkaçmilisaniyeliksüredereseptörduyarsızlaşır.
• Ach’ninyavaşbirşekildereseptördenayrılmasıilereseptöryenidendinlenmedurumunageçer.
• Plazmazarıreseptörlerizarıyedikezgeçenhelikalbölgeleresahip?r(GPCR,7TM,SerpenPn).
• GPCRailesininyaklaşık1000üyesivardır.İlaçlarınyaklaşık%60’ınınhedefibuproteinailesidir.
• ReseptörünsitoplazmikparçasıbirguaninnükleoPdibağlayanprotein(Gproteini)ileetkileşir.
• Gproteini;α,β,veγaltbirimlerindenoluşanbirheterotrimerproteindir.
GProtein-kenetlireseptörler
G-PROTEİNLERİNİNORTAKÖZELLİKLERİ
a) Hücreiçininperiferalzarproteinleridir.b) Guaninnükleo?dlerini(GTP,GDP)bağlarlar.c) Uyarılmıştransmembranreseptörlerceak?ve
edilirler.d) Birefektörproteine/enzimekenetlenirler.e) BakteriyeltoksinlerleADP-ribozillenirler
(Kolera,Boğmaca,Dineri).f) HidrolizedilemeyenGTPanaloglarıve
AlF4-ileak?veolurlar.
GProtein-kenetlireseptörler
GProtein-kenetlireseptördöngüsü
GProtein-kenetlireseptördöngüsü
cAMP
• 1958yılındaSutherlandveRalltaraLndanbulundu.
• 1960-KatekolaminlerinetkisiilecAMPar6şıvefosforilazak?vasyonu
ATP Adenilatsiklaz 3’,5’-cAMP
3’,5’-cAMP5’-AMPPDE
Gproteinlerinindeğişikα-altbirimleribulunurHeterotrimerik(α-,β-,veγ-altbirimleri)yapıdakiGproteinleri,yerleşimveişlevineuygunolarakfarklıα-altbirimiiçerir.Bualtbirimler,yapılarıveişlevleriaçısındanönemlifarklılıklargösterir.Başlıcatürleri;
1) Gsα Adenililsiklazıak?veeder.2) Giα Adenililsiklazıinhibeeder.3) Gqα FosfolipazC’yi(PLC)ak?veeder.4) Ggust Adenililsiklazıak?veeder(Tatreseptörü,tatlı).5) Golf PLC’yi(1)veAdenililsiklazı(2)ak?veeder(Koku).6) Gt(Transdusin)PDE’yiinhibeeder(Rodopsin>görme).7) 12αve13αHücreiskele?(ak?n)yapımısinyali
Gproteinlerinindeğişikα-altbirimleribulunur
G proteinlerindeki bu heterojenite, alfa- dışında beta- ve gama-altbirimlerindedebulunur.Aslında,insanlarda21farklıalfa,6farklıbetave12 farklıgamaaltbirimibulunmuştur.Bunlarınbazılarıyaygınolarakve bol miktarda sentezlenirken, bazıları ise özel hücrelerde ve kısıtlıolaraksentezlenirler.
GPROTEİNİα-ALTBİRİMLERİNİNYAPIveÖZELLİKLERİ
Gs Gi Go Transdusin (Gt)
Sinyal dedektörü
β-Adrenerjik reseptör
α2-Adrenerjik reseptör ? Rodopsin
(reseptör) Efektör pr. A. Siklaz A. Siklaz ? cGMP-PDE
Etki Stimülasyon İnhibisyon ? Stimülasyon
Molekül α Ağırlığı β (kDa) γ
44, 45, 46 35, 36
8
41 35, 36
8
39 35, 36
8
39 36 8
Toksinlere duyarlılığı Kolera Boğmaca Boğmaca Boğmaca
Kolera
Yerleşim Hücrelerin çoğunda
Hücrelerin çoğunda Beyin Retinal rod
GörmeolayındasinyalilePmi
Rodopsin
birGprotein-kenetliışıkreseptörüdür.
BusistemdekiGproteinitransdusindir.
AdenililsiklazaetkiedenGαproteinleri
GsαsPmulatör
Giαinhibitör
BirGPCRprotoPpi:β-adrenerjikreseptör
E
İkincilhabercisicAMPolanbazısinyallerACTHsalgılaqrıcıhormon(CRH)
Melanosituyarıcıhormon(MSH)
Folliküluyarıcıhormon(FSH) Kokular(birçok)
Dopamin[D1,D2] Parathormon
Epinefrin(β-adrenerjik) ProtaglandinlerE1veE2
KorPkotropin(ACTH) Serotonin[5-HT-1a,5-HT-2]
Glukagon SomatostaPn
Histamin[H2] Tadvericiler(tatlı,acı)
LüteinleşPricihormon Tiroiduyarıcıhormon(TSH)
AdenililsiklazısPmüleedenhormonlar(Hs)
Adenililsiklazıinhibeedenhormonlar(Hi)
ACTH hCG AsePlkolin
ADH LH α2-Adrenerjikler
Glukagon LPH AngiotensinII
Kalsitonin MSH SomatostaPn
CRH PTH
FSH TSH
β-Adrenerjikler
Yağhücrelerindedepolanannötralyağların(TAG)hormonaletkiylemobilizasyonu
• Epinefrinhiperglisemikbirhormondur.
• Kanglukozunu,glikojenyıkımınıuyararakyüksel?r.
• Glikojen,glikojenfosforilazlayıkılır.
• Glikojenfosforilazisefosforilasyonyoluylaak?fleşir.
• Epinefrin,fosforilasyon/defosforilasyonzincirinite?klervesinyalzincirinherbasamağındadahadagüçlenir.
Sinyalingüçlendirilmesi
Dominoetkisi➭Sinyalgüçlendirme
İkincilHaberciKriterleri(Sutherland,1971)1- Fizyolojikderişimdeadenilatsiklazak?vasyonu(intakt
hücreveyazarpreperatlarında)2- Ak?vasyonsadecebiyolojikcevapoluşturabilen
hormonlaraözgülolmalı.3- HormoncAMPderişiminiarwrmalıdır.İnak?veedilen
hormonaynıetkiyesahipolmamalı.4- HormonderişimiilecAMPsentezivebiyolojikcevap
arasındailişkiolmalıdır.5- Biyolojikcevap;fosfodiesterazenzimleritaraLndan
önlenmeli,fosfodiesterazinhibitörlerincearwrılmalıdır.6- cAMPanaloglarıhormonaletkiyitaklitetmelidir.7- cAMPderişiminebağlıolarakproteinkinazak?vasyonuve
sonradaproteinfosforilasyonugerçekleşmelidir.
Sinyalinsonaerdirilmesiβ-Adrenerjikreseptöründuyarsızlaşwrılması
GPCRakPvitesiileilgilihastalıklarÖrnek:KoleratoksiniGsα’yıkovalanolarakdeğişPrir
GPCRakPvitesiileilgilihastalıklar• Kolera toksiniyle kalıcı olarak ak?fleşen Gs bağırsak epitelhücrelerindeadenililsiklazısürekliolarakak?veeder.
• SürekliolarakcAMPüre?lirvePKAak?vasyonudasüreklidir.• PKA klorür iyon kanalını (CFTR) fosforile eder ve bağırsaklümeninesürekliklorüriyonusalgılanır.
• Klorürlebirliktediğeriyonlarvedoğalolaraksukaybısözkonusudur.
• Sonuçolarakdehidratasyonveelektrolitkaybıkoleradakibaşlıcapatolojikbulgularolarakortayaçıkar.
FosfolipazCüzerindeetkiliGproteini-Gqa
FosfolipazCüzerindeetkiliGproteini-Gqa
Gqa
FosfolipazCüzerindeetkiliGproteini-Gqa
Kalsiyum• NormalolaraksitozolikCa2+çokdüşükderişimlerde(10-7M)tutulur.BunuCa2+pompalarısağlar.
• FarklıuyarılarCa2+kanallarıüzerindensitoplazmayaCa2+girişinenedenolur.Ca2+;– Nöronveendokrinhücrelerdeekzositoz,– Kaskasılması,– Kanpıh6laşması,– Kanpıh6laşması,– Hücreiskele?düzenlenmesi,ve– Kalmodülinibağlama→Ca2+-kalmodlin-bağımlıenzimler
– Konularındagörevalır.
Ca2+-Kalmodülinkompleksi
• CaM(kalmodülin),kendiadınıverdiğibirenzimailesinin(Ca2+-CaM-bağımlıproteinkinaz,CaMkinaz,CAMK)integralbirbirimidir.
• HücreiçindeCa2+arwğında,CaMkalsiyumubağlarvebirkonformasyondeğişikliğineuğrar.
• Ca2+-CaMkompleksiCaMkinaz’abağlanarakenzimiak?veeder.
