Головна
Реферати » Реферати по біології » Одноклітинні альтруїсти

Одноклітинні альтруїсти

проходить через обидві мітохондріальні мембрани і складається з трьох білків: транслокатора аденінових нуклеотидів, потенціалзалежні аніонного каналу (порінов) і бензодиазепинового рецептора. Коли цей комплекс зв'язується з Са2 +, через мембранну пору можуть проходити речовини з невеликою молекулярною масою. Це призводить до падіння мембранного потенціалу і набухання матриксу, цілісність зовнішньої мембрани неминуче порушується, і з міжмембранну простору в цитоплазму виходять білки апоптозу. Їх декілька: фактор, индуцирующий апоптоз (APOptosis-inducing factor - AIF), вторинний мітохондріальний активатор каспаз (second mitochondria-derived activator of caspases - Smac) і деякі прокаспази. Индуцирующий фактор прямує прямо в ядро, де викликає деградацію ДНК.

Поряд зі специфічно апоптозние білками, з мітохондрії через відкриту пору виходить цитохром с, який в нормі служить кінцевою ланкою електронтранспортной ланцюга. В цитоплазмі цей білок зв'язується з білком Apaf-1 (APOptotic protease activating factor-1 - активує протеазу фактор-1) і формує апоптосомний комплекс. Він за допомогою Smac і ще одного фактора (Omi / HtrA2) активує прокаспазу-9, та, ставши каспазой-9, перетворює два інших профермента в каспази-3 і-7; а вони вже розщеплюють структурні білки, приводячи до появи біохімічних і морфологічних ознак апоптозу. У числі перших можна назвати, зокрема, перехід фосфатидилсерина в зовнішній мембранний шар і фрагментацію ДНК. З других ознак найбільш характерні "відлущування" клітини від матриксу, зморщування мембрани, стиск ядра і формування бульбашок з клітинним вмістом - апоптозних тілець.

Цитохром з електростатично і гідрофобно пов'язаний з внутрішньою мембраною мітохондрій через фосфоліпіди, переважно через кардіоліпін. Електростатично взаємодіють між собою позитивно заряджені залишки амінокислоти лізину в цитохроме і негативно заряджені фосфатні групи в кардіоліпін. За рахунок гідрофобної взаємодії між вуглецевої ланцюгом цього фосфолипида і гідрофобними ділянками молекули цитохрому ще більш зміцнюється зв'язок ферменту з мітохондріальної мембраною, що забезпечує навіть його часткове занурення в її шар.

Отже, для виходу цитохрому с в цитоплазму одного лише порушення цілісності мітохондріальної мембрани недостатньо. Електростатично пов'язаний цитохром с може відірватися від кардіоліпіну, якщо змінюється іонна сила, щільність поверхневого заряду або рН, а пов'язаний гідрофобно - за рахунок окисної модифікації мітохондріальних ліпідів. Останню реакцію як раз і викликають активні форми кисню, які неминуче утворюються при будь-яких сильних впливах (стресах), а відкривання пори посилює цей процес.

Однак цитохром з не завжди потрібен для запрограмованої смерті. Апоптоз в серцевої тканини, наприклад, взагалі протікає без цього ферменту, він так і не виходить з межмембранного простору.

Одноклеточные альтруисты

Фрагмент схеми апоптозу, викликаного по мітохондріального шляху.

Під дією надлишку іонів кальцію мітохондрія розбухає, через пору з неї виходить цитохром с і два білка - AIF і Smac. Перший білок індукує апоптоз, а другий активує деякі прокаспази.

Цитохром с може вивільнятися у відповідь на підвищення концентрації іонів Са2 +, яке викликає відкривання пори. Але вихід ферменту "на свободу" може і не залежати від цих іонів, тоді процес контролюють білки сімейства Bcl-2 (B-cell leukaemia-2-лейкемія В-клітин-2). Саме вони регулюють апоптоз на рівні мітохондрій. Одні з білків цього великого сімейства (Bcl-2, а також Bcl-xL, Bcl-w, Mcl-1, Al і Boo) запобігають апоптоз; інші (Вах, Bad, Bok, Bcl-xS, Bak, Bid, Bik, Bim, Krk, і Mtd) сприяють самогубству. Ось один приклад роботи білків цього сімейства регуляторів. Цитозольний білок Bid розщеплюється каспазой-8, яка активується через "рецептори смерті", і лізосомними протеазами катепсина, чий вихід з лізосом стимулює ця ж каспаза. Утворився активний білок - усічений Bid (truncated Bid - t-Bid) - змінює конформацію іншого проапоптозние білка, Вах, після чого той вбудовується в зовнішню мембрану мітохондрій, де формує комплекс з порінов. Разом вони вистилають канал, по якому з межмембранного простору виходять цитохром с і проапоптозние білки. Але якщо в справу втручається Bcl-2, що діє як антиоксидант, вихід цитохрому блокується.

Одноклеточные альтруисты

Фрагмент схеми апоптозу, викликаного під контролем білків сімейства Bcl-2, а також за участю p53.

Пояснення в тексті.

У запуску апоптозу, викликаного ушкодженнями ДНК, активацією онкогенів і гіпоксією, бере участь білок-53 (р53), взаємодіючи з Вах, стимулюючи "рецептори смерті" і апоптозние гени. р53 активує модулятор суїциду PUMA (p53 upregulated modulator of APOptosis), який потім пов'язує Bcl-2 і виводить з ладу цей перешкоджає апоптозу білок. Тим самим вихід цитохрому с з мітохондрій вже нічим не стримується.

Деякі білки, що зв'язують іони кальцію, наприклад ALG-2, який кодується однойменною геном (APOptosis-linked gene-2), теж беруть участь в запрограмованої смерті. Так, взаємодією ALG-2 і білка Alix (ALG-interacting protein X, відомий і як AIP1) здійснюється регуляція апоптозу. Частина складної молекули ALG-2 являє собою ще один апоптозний білок кальпоін.

Кальпоіни специфічно розщеплюють білки, містять області, звані PAST-мотивами і багаті залишками чотирьох амінокислот - проліну (P), аспарагінової кислоти (A), серину (S) і треоніну (T). (Серед цих білків - фермент ДНК-лігаза, у якого такий мотив знаходиться в N-кінцевій області.) Крім того, кальпоіни звільняють каспаз від пов'язаних з ними інгібіторів апоптозних білків (inhibitors of APOptosis proteins, IAPs).

Вперше виявлені у вірусів, гомологи IAP пізніше були знайдені у всіх еукаріотів, від дріжджів до ссавців. У останніх відкрито вісім представників цього сімейства інгібіторів, і кожен має від одного до трьох 70-амінокислотних ділянок, званих BIR-доменами (baculoviruses inhibitor of APOptosis repeat domains - повторювані домени бакуловірусної інгібітору апоптозу). Кодується Х-хромосомою IAP (XIAP) і клітинні інгібітори апоптозних білків (cellular inhibitors of APOptosis protein; cIAP1, 2) містять по три N-кінцевих BIR-домену та С-кінцевий RING-домен, який кодується геном ring (really interesting new gene - дійсно цікавий новий ген). Ці білки інгібують каспаз-3,-7,-9: BIR-домени цілеспрямовано зв'язуються з ними, блокуючи їх активні центри; RING-домен забезпечує деградацію каспаз, пришиваючи до них "чорну мітку" - 76-амінокислотний білок убіквітин. Що приєднали його білки піддаються розщепленню протеасома *.

* Про це специфічному шляху деградації білків см .: Абрамова Е.Б., Карпов В.Л. Протеасома: руйнування в ім'я творення // Природа. 2003. №7. С.36-45.

Є й інший ендогенний інгібітор каспаз - FLIP (FLICE-inhibitory protein). Він взаємодіє з пособниками суїциду - сигнальними комплексами, блокуючи активацію прокаспази-8 та передачу іпроапоптична сигналу від "рецепторів смерті".

Як все інгібітори протеаз, XIAP, cIAP1 і cIAP2 самі схильні негативній регуляції. Зокрема, мітохондріальний поліпептид Smac / DIABLO (direct IAP-binding protein with low pI - білок з низькою pI, прямо зв'язуючий IAP), виходячи з мітохондрій в цитозоль, зв'язується з інгібіторами XIAP, cIAP1 і cIAP2 і заважає їм взаємодіяти з каспазами. Але XIAP, cIAP1 і 2 здатні протистояти інгібірує, Smac / DIABLO, приєднуючи до нього убиквитин - сигнал для деградації. Одна з ізоформ Smac / DIABLO, Smac3, сама стимулює приєднання убіквітину до XIAP. У високих концентраціях каспаз-3 і-7 можуть розщеплювати XIAP і без посередників.

Як бачимо, клітина ніколи не впадає в апоптоз без "роздумів". Вона спочатку задає собі гамлетівське питання: "Бути чи не бути?". Відповідь на нього залежить від співвідношення про-і антиапоптозних білків; між ними йде боротьба, і перемагає та сторона, яка встигає навісити на іншу "чорну мітку" - убиквитин. А протеазам абсолютно все одно, на кому ця мітка - вони неупереджено розщеплюють мічені білки. Таким чином, вибір клітини між життям і смертю залежить не стільки від зовнішніх обставин, скільки від її власного внутрішнього стану. Навіть якщо організм наказує клітині загинути, вона підкоряється йому тільки в тому випадку, коли сама розташована до такого результату. Бувають мутанти, які категорично не хочуть вмирати, при тому що всі зовнішні обставини спонукають їх до суїциду - як правило, це ракові клітини.

Одноклеточные альтруисты

Загальна схема "класичного" апоптозу ссавців.

Ми перерахували всі види знарядь самогубства, якими клітина багатоклітинного організму користується, коли він наказує і коли вона сама того хоче. Але слід розуміти, що їх дія неоднозначно. Наприклад, кальцій і активні форми кисню беруть участь у всіх без винятку процесах життєдіяльності як вторинні посередники в передачі сигналів і регулюють всі функції клітини: розмноження, дихання, обмін речовин, рух, ріст. Той же кальцій здатний, зокрема, активувати антиоксидантні ферменти, що захищають клітину від окисного стресу. АФК в мікромолярних концентраціях необхідні для проліферації клітин, їх рухливості і хеморецепции; більш того, деякі види (наприклад, NO) навіть блокують апоптоз допомогою виборчого нітрозілірованія ефекторних каспаз. Та й каспази теж можуть виконувати цілком "мирні" функції - управляти дифференцировкой деяких типів клітин.

Таким чином, лише деякі з знарядь самогубства служать тільки цієї мети: більшістю з них клітина користується і в "домашньому побуті". Виникає питання: а чи всі вони необхідні для здійснення суїциду? І якщо ні, то навіщо виробляти настільки непомірний арсенал знарядь? На ці питання ми зможемо відповісти, коли розглянемо специфіку протікання запрограмованої смерті в одноклітинних організмів.

Суїцид в одноклітинних

Практично у всіх найпростіших організмів зовнішні ознаки апоптозу ті ж самі, що у клітин багатоклітинних, і, як у них, до загибелі наводять різні причини. У одноклітинних водоростей її викликає відсутність світла або окислювальний стрес, а запобігають

Сторінки: 1 2 3