Хемотаксис рецепторы

Рис. 12-46. Этапы преобразования сигнала при хемотаксисе у бактерий. Химические аттрактанты связываются с хемотаксическими рецепторами типа 1 или 2 в плазматической мембране или с периплазматическими субстрат-связывающими белками, которые затем присоединяются к хемотаксическим рецепторам типа 3 или 4. Это приводит к активации рецепторов, и они передают внутрь клетки сигнал, заставляющий мотор жгутика вращаться против часовой стрелки в результате кувыркание подавляется и периоды прямолинейного движения становятся более длительными. Аттрактанты проникают в периплазматическое пространство снаружи через широкие каналы во внешней мембране

Рис. 12.5. Обработка сигнала в бактерии при хемотаксисе сопровождается метилированием рецепторов внутренней мембраны. Метилирование посредством метилтрансфераз осуществляется благодаря активной метильной группе S-аденозилметионина (SAM). В высших организмах фосфорилирование и метилирование белков принимают участие в обработке сигнала на молекулярном

Как указывалось ранее, аксон может преодолеть большое расстояние до своей мишени, минуя бесчисленные клетки-мишени, на которые он не реагирует. Имеются два предположения, касающиеся направленного роста, которые, опять же, не исключают друг друга либо аксон ведут микрофиламенты (но неясно, как они прокладывают такой специфичный маршрут), либо, согласно Сперри, он растет против химического градиента, создаваемого мишенью, который и есть тот специфический сигнал, сравнимый, возможно, с сигналом хемотаксиса. В любом случае аксон находит и распознает свою мишень. По селективности данный процесс аналогичен взаимодействию рецептора и лиганда или антигена и антитела однако это взаимодействие непостоянно. На пленках клеточных культур показано, что растущие нейриты находятся в постоянном движении, вырастая и снова втягиваясь, как бы проверяя и зондируя поверхность клетки-мишени перед тем, как образовать постоянный контакт. Специфичность взаимодействия также неабсолютна если клетки-мишени повреждаются, синапсы могут образоваться с клетками других типов. Вот, что обнаруживалось в экспериментах с мозжечком афферентные волокна мозжечка обычно образуют синапсы с дендритами гранулярных клеток при селективном повреждении последних они образуют функциональные синапсы с отростками клеток Пуркинье (см. также гл. 12). Генетически детерминированная химическая специфичность синапсов (жесткость), таким образом, неабсолютно выполняемое свойство оно реализуется достаточно гибко (в этом случае говорят о синаптической пластичности), что предполагает существование механизмов переориентации, возмущающих генетический пробел. При этом существенную роль играет активность или строение синапса. Важная роль сенсорного ввода при создании функциональной нервной системы была продемонстрирована выдающимися экспериментами Хубеля и Визеля на оптической системе кошки. [c.331]

За чувствительность бактерий к градиентам определенных факторов ответственны специфические рецепторы. Изучение хемотаксиса у Es heri hia oli позволило обнаружить свыше 30 различных хеморецепторов, представляющих собой белки, синтезируе- [c.44]

Процесс адаптации есть, в самом широком смысле, процесс обучаемости. В гл. 12 хемотаксис бактерий описан как модель восприятия и поведения. В ряду других умственных свойств этих одноклеточных организмов стоит их способность к обучению при индукции подходящего фермента бактерия может научиться расти в специфической среде при индукции соответствующего рецептора бактерия может выучиться передвигаться в область высокой концентрации рибозы, а не в область высокой концентрации галактозы, как прежде. Хотя при этом не задействована нервная система, описание исследований Адлера и Кошланда по восприятию и процессингу сигнала в хемотаксических бактериях и их интерпретация могут составить целый интересный раздел нейробиологии. [c.336]

В бактериальном хемотаксисе участвуют четыре гомологичных трансмембранных рецептора [35] [c.387]

Рис. 12-40. Четыре возможных способа десенситизации клеток-мишеней при длительном воздействии сигнальной молекулы. Изображен рецептор в норме активирующий или ингибирующий эффекторный фермент (или ионный канал) через О-белок. Хотя механизмы инактивации, показанные здесь для рецептора и для О-белка, включают фосфорилирование, возможны и другие виды модификаций (они описаны при обсуждении бактериального хемотаксиса, разд. 12.5.4). Кроме того, в инактивации рецептора путем фосфорилирования не всегда участвует белок-

В плазматической мембране есть четыре типа рецепторов хемотаксиса и каждый из них обусловливает ответ на узкую группу химических [c.387]

Молекулярные механизмы бактериального хемотаксиса исследуют путем отбора и анализа мутантных бактерий с различными нарушениями этого процесса. Все вьщеленные до сих пор мутанты распадаются на четыре обширных класса, отражающих последовательную передачу информации от поверхностных рецепторов к мотору жгутика. [c.286]

Некоторые клетки способны реагировать не на абсолютную величину концентрации сигнального лиганда, а на ее изменение. Это достигается путем обратимой, зависимой от времени адаптации к высоким концентрациям сигнального лиганда. Механизм этой адаптации может быть различным. Присоединение лиганда может инактивировать поверхностный рецептор, вызывая его переход в цитоплазму и разрушение или заставляя его принять неактивную конформацию. В других случаях адаптация может быть следствием изменений одного из белков, участвующих в передаче сигнала от активированного рецептора. На молекулярном уровне лучше всего изучена адаптация бактериального механизма хемотаксиса, при которой обратимое метилирование ключевого мембранного белка в цепи передачи сигнала позволяет клеткам передвигаться в оптимальном направлении. [c.290]

Хотя рецепторы сигналов хемотаксиса, таких, как рибоза и галактоза, очевидно, являются частью мембранной транспортной системы сахаров, транспорт и метаболизм молекулы возникают не как следствие химического ответа. После связывания с лигандом рецептор, по-видимому, претерпевает конформационное изменение. Оно и регулирует действие жгутиков ферментативным или электрическим способом. Приняв хемотаксис как модель проведения и обработки внешних сигналов, особенно важно, что рецептор рибозы не связывает галактозу, но галактоза все же ингибирует хемотаксический ответ на рибозу (vi a versa). Конкуренция двух углеводов не происходит на уров- [c.356]

На внешней поверхности мембран имеются специфические распознающие участки, функции которых состоят в распознавании определенных молекулярных сигналов. Например, именно посредством мембраны некоторые бактерии воспринимают незначительные изменения концентрации питательного вещества, что стимулирует их движение к источнику пищи это явление носит название хемотаксиса. На внешней поверхности мембран животных клеток есть также участки, узнающие другие клетки того же типа и тем самым способствующие связыванию клеток друг с другом в процессе формирования тканей. Распознающие участки еще одного типа служат специфическими рецепторами гормонов. Так, определенные участки на поверхности клеток печени и мьппц распознают и связывают такие гормоны, как инсулин, глюкагон и адреналин. Связавшие гормон рецепторные участки передают через мембрану сигналы, которые поступают во внутриклеточные ферментативные системы и регулируют их активность. Кроме того, на поверхности клеток имеются особые участки, спе- [c.349]

Многие организмы определяют направление на источник сигнала, двигая из стороны в сторону головой, на которой находятся главные органы чувств. Это явление, называемое клинотакси-сом, позволяет воспринимать раздражитель с помощью рецепторов, расположенных на голове симметрично, например фоторецепторов. Если одинаково стимулируются оба рецептора, то организм будет двигаться вперед приблизительно по прямой линии. Этот тип поведения можно наблюдать у плоского червя планарии (Planaria), движущейся по направлению к источнику пищи (положительный хемотаксис), или у личинок падальной мухи, движущихся от источника света (отрицательный фототаксис). Полагают, что во всех случаях клинотаксиса необходимо достаточно частое возбуждение рецепторов на обеих сторонах тела, чтобы мозг все время получал информацию, так как долговременной памяти у этих организмов нет. [c.351]

Раскрытие молекулярных механизмов бактериального хемотаксиса стало возможным в основном благодаря вьшелению и анализу мутантов с различными нарушениями этого процесса. Таким путем было показано, что хемотаксические реакции на ряд веществ зависят от небольшого семейства близко родственных трансмембранных белков-рецепторов, ответственных за передачу сигналов через плазматическую мембрану. Эти хемотаксические рецепторы метилируются во время адаптации (см. ниже), и поэтому их часто называют метил-акцептируюгцими белками хемотаксиса (рис. 12-45). [c.387]

Имеются убедительные данные в пользу того, что адаптацию при хемотаксисе бактерий обеспечивает ковалентное присоединение метальной группы к белковым рецепторам хемотаксиса. Если метилирование блокировано мутацией, адаптации не происходит, и тогда присутствие аттрактанта подавляет кувыркание в течение нескольких дней, а не минут. Таким образом, активация рецепторов хемотаксиса имеет два различных (и раздельных) следствия 1) быстро развивается возбуждение, так как активированный рецептор создает внутриклеточный сигнал, заставляющий мотор жгутика продолжать вращение против часовой стрелки, и в результате клетка продвигается вперед без кувырканий 2) происходит медленная адаптация, обусловленная тем, что активированный рецептор становится доступным для метилирования цитоплазмати-ческими ферментами, и за несколько минут его активация сходит на нет (рис. 12-47). [c.388]

Этот же набор белков осушествляет адаптацию. heA фосфорилирует фермент, деметилируюший рецепторы хемотаксиса (см. рис. 12-48), повышая его активность и обеспечивая тем самым регуляцию хемотаксических рецепторов по принципу обратной связи. [c.390]

Временно и обратимо адаптируясь к высоким концентрациям сигнального лиганда, клетки могут регулировать свою чувствительность к величине стимула, отвечая, таким образом, на изменение концентрации лиганда, а не на ее абсолютную величину. Адаптация достигается разными способами 1) связанный лиганд может вызывать переход рецепторов внутрь клетки, где они некоторое время остаются в скрытом состоянии или же разрушаются в лизосомах 2) активированные рецепторы могут обратимо инактивироваться путем фосфорилирования или метилирования 3) нерецепторные белки сигнального пути (типа G-белков) тоже могут обратимо инактивироваться с помощью неясных пока механизмов. Пример адаптации, лучше всего изученный на молекулярном уровне, - это бактериальный хемотаксис обратимое метилирование ключевого мембранного белка в цепи передачи сигнала позволяет клеткам передвигаться в оптимальном направлении. [c.390]

Рис. 13-48. Этапы преобразования сигнала при хемотаксисе у бактерий. Вещества-аттрактанты (не показаны) присоединяются в периплазматическом пространстве к специфическим белкам-рецепто-рам. Затем рецепторы взаимодействуют с одним из трех метил-ак-цептирующих белков хемотаксиса (МБХ), находящихся во внутренней (плазматической) мембране, и таким образом активируют его. Это приводит к образованию внутриклеточного медиатора, необходимого для того, чтобы мотор жгутика продолжал вращаться против часовой стрелки таким образом активация МБХ подавляет кувыркание и удлиняет путь прямолинейного движения бактерии. Имеются три группы периплазматических рецепторных белков (типы I, II и III), каждый из которых взаимодействует со своей малой молекулой и со своим МБХ. Некоторые аттрактанты, хотя это и не показано на рисунке, присоединяются прямо к МБХ и активируют его в таких случаях МБХ служит и рецептором, и преобразователем сигнала.

При изучении хемотаксиса Di tyostelium установлено, что, когда особи становятся способными к агрегации, порог чувствительности их мембранного рецептора к цАМФ достигает 10 моль/л. При добавлении цАМФ клетки сокращаются, высовывают ложноножки и начинают генерировать ритмические колебания с участием всех внутриклеточных показателей. Такая реакция быстро заканчивается, но природа описанных явлений, вероятно, близка к тем, которые ответственны за естественную колебательную активность (Geris h, Mal how, 1976). [c.103]

Е. all, как и многие другие бактерии, обладает свойством хемотаксиса (хемо — химическая, таксис — ориентация). У них имеются маленькие жгутики, посредством которых они движутся, плывут к благоприятной среде и уплывают от неблаго-лриятной. Они проделывают это посредством так называемого кувыркания , показанного на рис. 12.1. Благоприятна та среда, которая содержит питательные вещества, такие как сахара <и аминокислоты, нужные для выживания организма неблагоприятная среда лишена питательных веществ или содержит -токсины и другие вредные вещества. Организм чувствует питательные субстраты посредством рецепторных молекул, лежащих непосредственно вне клеточной мембраны или внедрен- яых в нее. Этот механизм чувствительности схематически показан на рис. 12.1. Связывание субстрата (галактозы) с рецепторной молекулой создает комплекс субстрат — рецептор, который затем активирует молекулу особого сигнального белка, пронизывающую всю толщу клеточной мембраны. Как пола-тают, эта активация вызывает конформационное изменение в белке, которое действует как сигнал, запускающий цепочку. внутриклеточных реакций, приводящую к соответствующему управлению движением жгутика. [c.288]

Рис. 13-51. Гипотетическая модель бактериального хемотаксиса, основанная на предположении, что МБХ-ЭТО мембранный фермент, синтезирующий внутриклеточный медиатор X. Фермент быстро активируется при связывании рецептора, а в период адаптации медленно ингибируется в результате метилирования. При высокой внутриклеточной концентрации X жгутики вращаются против часовой стрелки и бактерия плывет прямо, а при низкой концентрации X жгутики вращаются по часовой стрелке и бактерия кувыркается. Как видно из схемы, адаптированный МБХ на короткое время реактивируется (так что частота кувьфкания уменьщается) при связывании дополнительного рецептора, если концентрация аттрактанта возрастает (А), или инактивируется (так что кувыркание учащается) в результате отделения рецептора от МБХ, если концентрация аттрактанта падает (Б). Обратите внимание, что ферментативная активность МБХ в адаптированном состоянии (с

Химическая сигнализация у Di tyostelium представляет собой наиболее изученный пример хемотаксиса у эукариотических клеток. В ответ на нехватку пищи амебы начинают синтезировать и вьщелять последовательными импульсами циклический АМР (сАМР). По неизвестным причинам некоторые клетки становятся центрами агрегации. Секретируемый ими сАМР связывается специфическими рецепторами на поверхности других голодающих амеб и ориентирует их перемещение в сторону источника сАМР. Такое поведение можно прямо продемонстрировать, нанеся с помощью микропипетки очень малое количество сАМР на любой участок поверхности голодающей амебы. Ответом на это воздействие будет немедленное образование псевдоподии, растущей по направлению к микропипетке (рис. 12-11). В обычных условиях псевдоподия прикрепилась бы к поверхности, на которой находится клетка, и потянула клетку за собой в том же направлении. [c.206]

Мутанты третьего класса-совсел< неспособные к хемотаксису-не отвечают ни на какие стимулы. У этих мутантов дефектен один из восьми генов, кодирующих различные белки, в том числе ферменты, ответственные за метилирование и деметилирование МБХ, и другие белки, необходимые для передачи информации от рецептора к мотору. [c.287]

Активация МБХ активированными рецепторами должна создавать внутриклеточный сигнал, влияющий на направление вращения жгутика. Природа этого сигнала неизвестна. Можно, однако, построить гипотетическую модель бактериального хемотаксиса. Эта модель основана на предположении, что при высокой внутриклеточной концентрации каких-то небольших молекул X жгутик вращается против часовой стрелки и клетка плывет прямо. При низкой концентрации X жгутик начинает вращаться по часовой стрелке и клетка кувыркается. Следующее предположение состоит в том, что МБХ представляет собой мембранный белок, катализирующий синтез молекул X в цитоплазме, и что его активация при хемотаксисе повышает внутриклеточную концентрацию X, а при адаптации (т. е. метилировании МБХ) происходит инактивация фермента и понижение концентрации X до обычного уровня покоя . Этот уровень концентрации X позволяет клеткам в среде без хемотакси-ческих стимулов плыть прямо и время от времени кувыркаться. [c.289]

Изотипы JgE й JgD вырабатывакл ся в очень малкх количествах. Физиологическая функция их не ясна. Известно, что IgD наряду с IgM представлен в качестве мембранного рецептора на покоящихся лимфоцитах. Антитела класса IgE связываются специальными рецепторами на поверхности тучных клеток и базофилов. Их взаимодействие со специфическим антигеном на поверхности указанных клеток приводит к быстрому развитию аллергических реакций. Какую защитную (а не патологаческую ) функцию могут выполнять IgE, д становить пока не удалось. Есть предположение, что они способны участвовать в защитной реакции против паразитов (простейших, гельминтов), индуцируют выброс тучными клетками факторов хемотаксиса для эозинофилов. Последние, придя в очаг заражения, выступают в роли киллеров. [c.71]

Перемещение всего организма в пространстве под влиянием односторонне действующих факторов (раздражителей) называется таксисом. Этот тип движения характерен для одноклеточных жгутиковых (монадных) водорослей, для гамет и зооспор водорослей, для сперматозоидов мхов, плаунов, хвощей и папоротников. Движения осуществляются по направлению к источнику питания (или от него), для нахождения клетки другого пола хемотаксисы) либо как реакция на свет фототаксисы). Фототаксисы служат приспособлением для лучшего использования света фототрофными клетками. При невысокой интенсивности света клетка движется к свету (положительный фототаксис), при излишне высокой — от него (отрицательный фототаксис). Свет воспринимается фоторецептором с пигментной системой, рецептирующей синий свет. Координирующую функцию выполняет глазное пятно , содержащее каротиноиды и локализованное сбоку от рецептора. В процессе поступательного движения вперед клетка вращается и при каждом обороте фоторецептор на время затемняется глазным пятном . Это корригирует направление движения к свету. Сигнал с фоторецептора на жгутик, по-видимому, передается с помощью микротрубочек. [c.393]

Фагоциты поступают в очаг воспаления благодаря хемотаксису. Затем их поверхностные неспецифические рецепторы связываются с микробами, либо, если микробная поверхность опсонизирована фрагментом третьего компонента комплемента (СЗЬ) и/или антителами, связывание происходит с участием фагоцитарных рецепторов для СЗЬ и/или Рс (см. рис. [c.13]

Активация лейкоцитов Полиморфноядерные гранулоциты и макрофаги обладают специфическими рецепторами к мелким фрагментам белков комплемента, образующимся на поверхности мищеней в результате каскада протеолитических реакций. Диффундируя в окружающую среду, эти фрагменты привлекают фагоциты (направленное движение клеток, или хемотаксис) и, связываясь с ними, вызывают их активацию. [c.61]

Молекулы, вызывающие хемотаксис разных популяций лейкоцитов в зависимости от экспрессии на их поверхности специфических рецепторов. Некоторые из этих хемокинов оказывают на клетки хемотаксическое действие, другие - только активирующее. [c.92]

Другие хемотаксические молекулы Рял белков вызывает хемотаксис нейтрофилов и макрофагов (рис. 5.12). Эти оетки имеют рецепторы для пептидов. блокированных на N-кoнцe формилмети-онином, в частности рецептор, связывающий трипептид Г.Ме1-Ьец-РЬе (Г.МЕР). Поскольку при трансляции всех белков у прокариот в отличие от эукариот инициаторной аминокислотой служит метионин, он и выполняет роль простого специфического сигнала присутствия бактерий, по направлению к которым должны устремиться фагоциты. Нейтрофилы и макрофаги имеют также рецепторы для С5а и лейкотриена В4. Оба эти хемоаттрактанта образуются в очаге воспаления СЗа - в результате активации комплемента, лейкотриен ЕТВ4 - при активации разнообразных клеток, чаще всего макрофагов и тучных. Кроме того, хемотаксис фагоцитов вызывают молекулы, образуемые системой свертывания крови, прежде всего фибриновый пептид В и тромбин. [c.93]

Фагоцитарные клетки присутствуют у всех беспозвоночных и вместе с врожденными гуморальными факторами (см. ниже) образуют первую линию защиты от микроорганизмов (см. рис. 5.6). Как и у позвоночных, здесь наблюдаются все фазы их действия хемотаксис, прикрепление, поглощение и уничтожение. Однако распознавание мишени опосредуют не F -рецепторы, и лишь у одного вида на поверхности фагоцитов обнаружены СЗЬ-подобные рецепторы. Фагоцитоз, как и у позвоночных, может происходить без участия опсонизирующих факторов. Однако у моллюсков, членистоногих и оболочников в присутствии лектинов плазмы и компонентов профеноло-ксидазного каскада он усиливается. [c.280]

Стадии бактериальной инвазии (синий цвет) и защитные эффекты антител (желтый цвет). Антитела к антигенам фимбрий, некоторым капсульным антигенам и липотейхоевым кислотам блокируют прикрепление бактерий к плазматической мембране клеток хозяина. Активированный антителами комплемент разрушает наружную мембрану грамотрицательных бактерий. Антитела непосредственно блокируют белки бактериальной поверхности, ответственные за поглощение питательных веществ из внешней среды. Антитела к М-белкам и капсульным антигенам бактерий опсони-зируют бактериальные клетки для фагоцитоза, осуществляемого при участии F - и СЗ-рецепторов фагоцитов. Кроме того, антитела нейтрализуют иммунорепелленты (бактериальные факторы, нарушающие нормальный хемотаксис или фагоцитоз), токсины бактерий, а также выделяемые ими факторы распространения, которые способствуют инвазии, например путем разрушения межклеточного вещества соединительной ткани или фибрина. [c.322]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология