GMP vũng (Guanosine 3’- 5’ cyclic monophosphate) cũng thực hiện chức năng của chất truyền tin thứ hai trong một số dạng tế bào như cỏc tế bào mụ tim, mạch mỏu, nóo, mụ ruột và tế bào ống dẫn lọc của thận. Thụng tin được thực hiện nhờ GMP vũng thay đổi tuỳ theo mụ mà nú tỏc động. Vớ dụở thận và ruột nú làm thay đổi sự vận chuyển ion và tỏi hấp thụ nước ở cơ trơn và cơ tim, nú truyền tớn hiệu thư gión ở nóo, nú cú thể tham gia vào cả chức năng phỏt triển và chức năng tạo trưởng thành của nóo.
Người ta đó xỏc định ớt nhất cú hai loại isozym guanylate cyclase tạo ra GMP vũng từ GTP theo phản ứng tương tự như tạo ra AMP vũng. Một trong hai isozym là một dạng protein gắn vào màng sinh chất nằm cạnh thụ thể tiếp nhận hormon ở mặt ngoài và cú vựng (domain) hỡnh thành GMP vũng nằm ở phớa nội bào của tế bào chất ở động vật cú vỳ. Guanylate cyclase này được hoạt hoỏ bằng sự liờn kết của một loại hormon điều hoà Natri niệu (Atrial natriuretic factor- ANF). Yếu tố ANF được giải phúng từ cỏc tế bào mặt trong (atrium) của tim khi thể tớch mỏu tăng lờn gõy ra sức căng cho vựng tế bào này. Đối với thận, yếu tố ANF hoạt hoỏ guanylate cyclase ở màng tế bào ống lọc của thận làm tăng tổng hợp GMP vũng, từđú làm tăng tiết Na+ và nước. Sự mất nước làm giảm thể tớch mỏu dẫn tới kớch thớch việc tiết ANF. Cơ trơn của mạch mỏu cũng cú thụ thể tiếp nhận ANF liờn kết với guanylate cyclase. Khi liờn kết với thụ thể, ANF gõy ra sự dón mạch sẽ làm giảm ỏp lực mỏu.
Một dạng liờn kết tương tự của guanylate cyclase với thụ thểở màng sinh chất của cỏc tế bào biểu mụ ruột cũng được hoạt hoỏ bằng một peptid nội độc tố (endotoxin) của vi
khuẩn E.coli. Hậu quả tăng GMP vũng cũng làm giảm tỏi hấp thụ nước của tế bào biểu mụ ruột, gõy ra hiện tượng ỉa chảy do độc tố này.
Một dạng isozym guanylate cyclase thứ hai là một loại protein hoà tan trong nội bào liờn kết chặt chẽ với nhúm hem. Enzym này được hoạt hoỏ bằng một oxid nitơ (NO) và một số hợp chất như nitroglycerin, nitro prussid. Những hợp chất này thường được dựng để chữa bệnh tim. Cỏc hợp chất gõy gión mạch chứa nitơ này (Nitro - vasodilator) dễ bị phõn huỷ tạo ra NO (nitric oxide, chẳng hạn nitroglycerin
CH2 − CH − CH2.
NO2 NO2 NO2
Nitric oxide cũng được tạo ra từ arginin nhờ hoạt động của enzym NO- synthase. Enzym này cú mặt ở nhiều mụ tế bào động vật cú vỳ. Hoạt động của enzym phụ thuộc vào ion Ca2+. NO được tạo ra sẽ khuếch tỏn từ cỏc tế bào sinh ra nú đến cỏc tế bào lõn cận và liờn kết với nhúm hem của guanylate cyclase, hoạt hoỏ enzym này và sản xuất ra GMP vũng. ở tim, GMP vũng gõy ra sự thư gión cơ tim do nú kớch thớch bơm ion để duy trỡ nồng độ Ca2+ thấp ở tế bào. Sự thư gión này của cơ tim giống như sự đỏp ứng khi dựng viờn nitroglycerin làm dịu đi cơn đau co thắt ngực là do tim bị suy thoỏi, thiếu oxy khi bị tắc động mạch vành nuụi tim. Nitric oxid khụng bền. Cú thể túm tắt tỏc động của NO là: trong giõy lỏt hỡnh thành ra nú, NO bị oxy hoỏ thành nitrit hoặc nitrat. Vỡ biến đổi chậm chạp thành NO, nitroglycerin đó tạo ra sự thư gión lõu dài của cơ tim.
Hầu như tất cả tỏc động của GMP vũng được xem như cú vai trũ tỏc động của protein kinase phụ thuộc GMP vũng, cũn gọi là protein kinase G. Enzym này phõn bố rộng rói ở cỏc cơ thể sinh vật nhõn chuẩn. Một số mụ của động vật cú vỳ, bao gồm cơ trơn và nóo rất giàu enzym này. Enzym protein kinase G (PKG) là một chuỗi polypeptid 80 kDa chứa cả hai vựng (domain) cú chức năng xỳc tỏc và vựng điều hoà. Vựng xỳc tỏc chứa cỏc trỡnh tự acid amin giống với trỡnh tự của tiểu đơn vị C của protein kinase phụ thuộc AMP vũng (protein kinase A). Vựng điều hoà giống với tiểu đơn vị R của enzym phụ thuộc AMP vũng. Sự liờn kết của GMP vũng vào protein kinase G đó tạo ra một vựng tựức chếđối với trung tõm liờn kết cơ chất, cho phộp enzym phosphoryl hoỏ cỏc gốc Ser hoặc Thr chứa trong protein bị bao võy bằng một trỡnh tự thớch hợp được chấp nhận. Protein kinase A và protein kinase G nhận ra được cỏc trỡnh tự khỏc nhau thớch hợp cho nú. Vỡ vậy, cỏc enzym này đó điều hoà những protein khỏc nhau.
6.2.6 Sựđiều hoà của protein G đối với cỏc cơ quan cảm ứng 6.2.6.1 Sự hoạt hoỏ độc lập cỏc kờnh K+ nhờ tiểu đơn vịα, βγ
Cảα và βγđều cú thể hoạt húa kờnh muscarinic K+ ở tõm nhĩ (Logothesis et al., 1987, 1988; Yatani et al., 1987; Kurachi et al., 1989a). Kờnh K+ phụ thuộc vào ATP dạng khỏc chỉđược hoạt hoỏ bởi tiểu đơn vị α. Một vài tiểu đơn vị α trong họαi là αi-1, αi-2, αi-3, và α0 cú thể hoạt hoỏ kờnh muscarinic - K+ khi chỳng được gắn vào bề mặt trong nội bào của màng tế bào, trong khi dạng αs và αq thỡ khụng thể hoạt hoỏ kờnh muscarinic này (Logothesis et al., 1988; Yatani et al., 1988). Tiểu đơn vịβγ của nóo bũ (β1γ2, β2γ2) cũng cú khả năng hoạt hoỏ kờnh K+ trong khi tiểu đơn vị βγ của vừng mạc (β1γ1) lại ớt cú ảnh
hưởng. Sự hoạt hoỏ kờnh K+ bởi cỏc tiểu đơn vịα và βγ khụng cú tớnh cộng hợp nờn kờnh K+ cú thểđược hoạt hoỏ bởi cả hai tiểu đơn vị này (Logothesis et al., 1988). Cơ chế chớnh xỏc của sự hoạt hoỏ bởi cảα và βγ vẫn chưa được biết đến. Cú lẽ tiểu đơn vị βγ cú ớt nhất hai con đường hoạt hoỏ kờnh K+. Một con đường là giỏn tiếp thụng qua sự hoạt hoỏ của phospholipase A2 và sự hỡnh thành tiếp theo của sản phẩm trao đổi là acid arachidonic (Kim et al., 1989; Kurachi et al., 1989b). Con đường hoạt húa kờnh K+ thứ hai là con đường trực tiếp. Nhờ sự phõn lập, nhõn dũng, và sự hồi phục của cỏc kờnh K+ trong cỏc hệ thống đó được tinh sạch mà cơ chế hoạt hoỏ kờnh K+ mới được xỏc định chớnh xỏc.
6.2.6.2 Sựđiều hoà adenylate cyclase nhờ cỏc tiểu đơn vịα và βγ
Tất cả cỏc kiểu phụ của adenylate cyclase đều được hoạt hoỏ bởi αs của tiểu đơn vịα chứ khụng phải bởi cỏc loại α khỏc. Tuy nhiờn sự phản hồi của tiểu đơn vị βγ là rất đặc hiệu tới cỏc kiểu phụ. Do đú, adenylate cyclase dạng I là adenylate cyclase nhạy cảm với calmodulin được tỡm thấy trong hệ thống thần kinh bị ức chế bởi βγ. Adenylate cyclase dạng III khụng bị ức chế và cũng khụng bị hoạt hoỏ bởi βγ. Ngược lại adenylate cyclase dạng II và IV lại bị hoạt hoỏ bởi αs và bị hoạt hoỏ bởi βγ cao hơn gấp 5-6 lần. Vỡ cả tiểu đơn vịα và βγ đều cú thể hoạt hoỏ enzyme đó được tinh sạch nờn sự hoạt hoỏ này cú thể diễn ra trực tiếp (Taussig et al., 1993). Sự điều hoà adenylate cyclase dạng II bởi cả α và βγ cú thể diễn ra trong cỏc tế bào. Cỏc thụ thể của tiểu đơn vị βγ hoạt động thụng qua protein G cú thể kớch thớch adenylate cyclase dạng III. Vỡ cỏc thụ thể của tiểu đơn vị α khụng kớch thớch adenylate cyclase nờn sự hoạt hoỏ của cỏc thụ thể này là khụng thụng qua tiểu đơn vịβ.
Tớnh hữu dụng của sựđiều hoà hai chiều này là gỡ? Bourne và Nicoll (1993) cho rằng cỏc hệ thống cú thể hoạt động như cỏc mỏy thăm dũ ngẫu nhiờn, cho phộp trả lời cỏc tớn hiệu đụi, cũn cỏc tớn hiệu đơn thỡ chỉ là sự phản hồi yếu. Sự hiện diện của một adenylate cyclase cụ thể cú thể xỏc định mụ hỡnh phản ứng với sự hoạt hoỏ của cỏc thụ thể bề mặt. Do vậy, một vài kiểu isofirm của adenylate cyclase được biểu hiện trong cỏc quần thểđặc trưng của thần kinh (Glatt và Snyder, 1993). Điểm mấu chốt của cơ chế cú lẽ là ở cỏc synap cho phộp cỏc neuron thần kinh phối hợp với sự phản hồi của nú tới cỏc kớch thớch bờn ngoài.
6.2.6.3 Điều hoà phospholipase C nhờα và βγ
Phospholipase C (PLC) tồn tại ở nhiều dạng. Vớ dụ như PLC β1-4 được điều hoà bởi cỏc tiểu đơn vị của protein G trong khi dạng PLC α thỡ khụng như vậy: (Blank et al., 1991, 1992; Wu et al., 1993a, 1993b). Cũng như adenylate cyclase, mụ hỡnh điều hoà PLC β bởi α và βγ là đặc trưng cho mỗi dạng đồng phõn khỏc nhau. Cỏc tiểu đơn vịαq bao gồm αq, α11, α16 đều hoạt hoỏ PLC β1 = PLC β2 > PLC β3. Tất cả cỏc tiểu đơn vịα đều thiếu vị trớ tỏc động của chất độc pertussis nờn nú khụng chịu sựức chế của chất độc này. Tiểu đơn vị βγ kớch thớch PLC β theo thứ tự sau: PLC β3 > PLC β2 > PLC β1. Ngược lại với adenylate cyclase, sự hoạt hoỏ cỏc dạng đồng phõn của PLC β là độc lập và khụng cần enzyme mồi. Khi cả hai tiểu đơn vị được hoạt hoỏ cựng một lỳc thỡ hoạt tớnh đụi khi là cộng hợp, đụi khi thỡ khụng (Smrcka và Sternweis, 1993). Cỏc phản ứng độc lập của cỏc tiểu đơn vị trong quỏ trỡnh hoạt hoỏ PLC β phản ỏnh sự liờn kết của nú vào cỏc vựng khỏc nhau của enzyme: βγ liờn kết vào 2/3 phõn tử vựng N, trong khi α liờn kết vào vựng đầu C (Park et al., 1993; Wu et al., 1993a, 1993b; P. Gierschik và J. Exton).
Cỏc thụ thể muscarinic tỏc động được biểu hiện tạm thời trong cỏc tế bào COS cú thể hoạt hoỏ PLC β2 và βγ cũng cú thể bị lõy nhiễm (Katz et al., 1992). Chất độc pertussis ngăn chặn sự hoạt hoỏ PLC β2 thụng qua thụ thể muscarinic. Kớch thớch cỏc dạng đồng phõn của PLC β nhờβγ cú thể giải thớch sự nhạy cảm của PLC trong một vài tế bào bị chất độc pertussis kỡm hóm. Chất độc này khụng gắn vào thụ thể của protein G nờn nú ngăn chặn sự biến đổi GTP thành GDP trờn tiểu đơn vịα, làm ngừng sự phõn ly và hoạt hoỏ của cảα và βγ.
Túm tắt chương 6
Chỳng ta đó thấy rằng cỏc thụ thể và protein G đúng vai trũ chỡa khoỏ trong nhiều quỏ trỡnh truyền tớn hiệu hormon và thần kinh, vớ dụ như hoạt động nhỡn, chuỗi hoạt hoỏ adenylate cyclase và chuỗi hoạt hoỏ phosphoinositol… Quả thực, chỳng rất cần thiết cho quỏ trỡnh truyền tớn hiệu.
Cỏc đặc điểm chung của quỏ trỡnh truyền tớn hiệu là:
1. Cỏc thụ thể 7 chuỗi xoắn xuyờn màng luụn tỏc động thụng qua protein G. Đồng thời protein G được hoạt hoỏ chỉ bởi thụ thể gồm 7 chuỗi xoắn.
2. Cỏc thụ thể 7 chuỗi xoắn xuyờn màng cú chứa một hốc liờn kết nằm gần trung tõm màng kộp lipid. Cú nhiều loại cấu tử gắn cú thểđược liờn kết vào vị trớ này. Cú hàng trăm loại thụ thể cú tớnh đặc hiệu khỏc nhau đối với cỏc chất sinh mựi. Điều đú đảm bảo cho chỳng ta cú thể ngửi được một số lượng lớn cỏc hợp chất. 3. Sự liờn kết đặc hiệu của một cấu tử vào một thụ thể sẽ cảm ứng sự thay đổi hỡnh
dạng khụng gian của thụ thể, tớn hiệu đú sẽ được chuyển vào phần cấu trỳc vũng của thụ thể nằm phớa bờn trong của màng. Vũng thứ ba phớa nội bào cú vai trũ đặc biệt quan trọng trong việc truyền tớn hiệu tới protein G.
4. Cỏc thụ thểđược hoạt hoỏ sẽ bật mở sự hoạt húa protein G bằng cỏch xỳc tỏc cho sự thay thế GDP bằng GTP, được thực hiện bằng cỏch mở vị trớ bỏm của nucleotit Guanine trong phõn tử protein G. Vai trũ duy nhất của thụ thể được hoạt hoỏ là làm tăng tốc nhanh sựđổi chỗ của GDP thay bằng GTP.
5. Cỏc thụ thể mang một cấu tử gắn đặc hiệu sẽ bị làm bất hoạt bởi sự phosphoryl hoỏ cỏc gốc Serine và Threonine ở vựng C.
6. Sự liờn kết của GTP và một protein sẽ dẫn tới sự hoạt hoỏ của chỳng. Protein G sẽ tỏch ra thành cỏc tiểu đơn vị Gα-GTP và Gβγ và thụ thể dạng hoạt hoỏ sẽ được giải phúng. Tớn hiệu kớch thớch thường được giữ lại trong phần Gα-GTP. Trong một số trường hợp thỡ Gβγ cú thể sẽ bật mở hoạt hoỏ cỏc đớch.
7. Tiểu đơn vịα của protein G sẽ thuỷ phõn GTP đó được liờn kết đểđưa protein G quay về dạng bất hoạt. Tỷ lệ protein G ở trạng thỏi hoạt động được xỏc định bằng tốc độ thuỷ phõn của GTP được liờn kết vào.
Sinh học phõn tử màng tế bào tập 2 GS. TS. Đỗ Ngọc Liờn NXB Đại học quốc gia Hà Nội 2007, 87 Tr.
Từ khoỏ: Cấu trỳc thụ thể, phối tử,Thụ thể insulin, phõn tử PPAR, Thiazolidinedione, Thụ thể acetylcholin, Quang thụ thể rhodopsin, tế bào miễn dịch.
Tài liệu trong Thư viện điện tử ĐH Khoa học Tự nhiờn cú thể được sử dụng cho mục đớch học tập và nghiờn cứu cỏ nhõn. Nghiờm cấm mọi hỡnh thức sao chộp, in ấn phục vụ cỏc mục đớch khỏc nếu khụng được sự chấp thuận của nhà xuất bản và tỏc giả.
Mục lục
Chương 7 Cấu trỳc và chức năng thụ thểβ3AR ... 9
7.1 Tỏch dũng gen và cADN của β3AR... 9 7.2 Cấu trỳc thụ thểβ3 adrenergic... 9 7.3 So sỏnh β3AR với β1AR và β2AR ... 10 7.4 So sỏnh cấu trỳc β3AR giữa cỏc loài ... 11 7.5 Đặc điểm β3AR ở người và hiện tượng đa hỡnh... 12 7.6 Vị trớ liờn kết cỏc phối tử của β3AR ... 12 7.7 Vị trớ tương tỏc với protein Gs của β3AR... 13 7.8 Nghiờn cứu về phỏt sinh đột biến điểm và đột biến mất đoạn ... 14 7.9 Sự phõn bố của β3AR ... 14 7.10 Phõn bố và vai trũ của β3AR ở người... 15 7.11 Điều trị bệnh bộo phỡ trờn cơ sởβ3AR ... 18 7.12 Điều khiển sự biểu hiện chức năng in vitro và in vivo của thụ thểβ3AR... 20 7.12.1 Sựđiều chỉnh đồng dạng của chất kớch thớch β3AR... 20 7.12.2 Sựđiều chỉnh khụng đồng dạng... 21 7.13 Chức năng sinh lý của β3AR ... 21 7.13.1 Ở cỏc tế bào tạo mỡ... 21
7.13.2 Chất kớch thớch β3AR và sự tăng nhanh tế bào mỡ nõu... 22 7.13.3 Vai trũ sinh lý của β3AR... 22 7.14 Hiệu quả bệnh lý của sự biến đổi về hoạt động và cỏc mức độ biểu hiện β3AR .... 23 7.14.1 Sựđa hỡnh của β3AR ở người và sự tỏc động tới bệnh bộo phỡ và tiểu đường 23 7.14.2 β3AR và leptin ... 23 Túm tắt chương 7 ... 24
Chương 8 Thụ thể insulin và sựđiều hũa lượng đường trong mỏu ... 26
8.1 Khỏi niệm về thụ thể insulin ... 26 8.2 Điều hoà lượng đường trong mỏu ... 27 8.2.1 Điều hoà phõn giải glycogen... 28 8.2.2 Sựđiều hoà tổng hợp glycogen... 30 8.3 Insulin và cỏc protein vận chuyển glucose... 31 Túm tắt chương 8 ... 33
Chương 9 Receptor được hoạt hoỏ bằng chất tăng sinh peroxisom (PPAR) ... 34
9.1 Cấu tạo phõn tử PPAR ... 34 9.2 Cỏc gen mó hoỏ cho PPAR ... 35 9.3 Vựng chức năng điều hoà trờn ADN... 36 9.4 Tương tỏc của PPAR với cỏc protein điều hoà khỏc... 38 9.5 Chức năng sinh học của PPAR ... 39 9.6 PPAR giữ vai trũ điều hũa chuyển húa lipid... 39 9.7 Vai trũ của PPARγ... 41 9.8 Những vai trũ sinh học khỏc của PPAR... 42 9.9 PPAR và tớnh nhạy cảm insulin... 42 9.10 PPAR và phản ứng viờm ... 42 9.11 PPAR với khả năng sinh ung thư và kiểm soỏt phõn bào ... 43 9.12 Một số dược phẩm tỏc dụng lờn PPAR ... 43 9.12.1 Dẫn chất của Fibrate... 43 9.12.2 Cỏc dẫn chất của Thiazolidinedione... 44 9.13 PPARγ tăng quỏ trỡnh tớch lũy tế bào mỡ... 45 Túm tắt chương 9 ... 45
Chương 10 Thụ thể acetylcholin và sự truyền xung thần kinh... 46
10.1 Màng synap thần kinh neurotransmitter... 46 10.2 Cấu trỳc thụ thể acetylcholin... 47 10.3 Cơ chế mở kờnh thụ thể acetylcholin nhờ acetylcholin ... 50 10.4 Điện thế màng tế bào thần kinh trong cỏc synap... 51 10.5 Sự truyền dẫn cỏc xung thần kinh ... 51 10.6 Cơ chế gõy độc tế bào thần kinh của cỏc độc tố cỏ núc ... 52 Túm tắt chương 10 ... 56
Chương 11 Thụ thể hoỏ học truyền tớn hiệu vận động ... 57