Сигнальная функция углеводов: Сигнальная функция углеводов — что она из себя представляет?

Содержание

§ 1. Классификация и функции углеводов

Глава I. УГЛЕВОДЫ

§ 1. КЛАССИФИКАЦИЯ И ФУНКЦИИ УГЛЕВОДОВ

Еще в древние времена человечество познакомилось с углеводами и научилось использовать их в своей повседневной жизни. Хлопок, лен, древесина, крахмал, мед, тростниковый сахар – это всего лишь некоторые из углеводов, сыгравшие важную роль в развитие цивилизации. Углеводы относятся к числу наиболее распространенных в природе органических соединений. Они являются неотъемлемыми компонентами клеток любых организмов, в том числе бактерий, растений и животных. В растениях на долю углеводов приходится 80 – 90 % сухой массы, у животных – около 2 % массы тела. Их синтез из углекислого газа и воды осуществляется зелеными растениями с использованием энергии солнечного света (фотосинтез). Суммарное стехиометрическое уравнение этого процесса имеет вид:

Затем глюкоза и другие простейшие углеводы превращаются в более сложные углеводы, например, крахмал и целлюлозу.

Растения используют эти углеводы для высвобождения энергии в процессе дыхания. Этот процесс в сущности обратен процессу фотосинтеза:

Интересно знать! Зеленые растения и бактерии в процессе фотосинтеза ежегодно поглощают из атмосферы приблизительно 200 млрд. т углекислого газа. При этом происходит высвобождение в атмосферу около 130 млрд. т кислорода и синтезируется 50 млрд. т органических соединений углерода, в основном углеводов.

Животные не способны из углекислого газа и воды синтезировать углеводы. Потребляя углеводы с пищей, животные расходуют накопленную в них энергию для поддержания процессов жизнедеятельности. Высоким содержанием углеводов характеризуются такие виды нашей пищи, как хлебобулочные изделия, картофель, крупы и др.

Название «углеводы» является историческим. Первые представители этих веществ описывались суммарной формулой С_mH₂_nO_n или C_m(H₂O)_n. Другое название углеводов – сахара – объясняется сладким вкусом простейших углеводов. По своей химической структуре углеводы – сложная и многообразная группа соединений. Среди них встречаются как достаточно простые соединения с молекулярной массой около 200, так и гигантские полимеры, молекулярная масса которых достигает нескольких миллионов. Наряду с атомами углерода, водорода и кислорода в состав углеводов могут входить атомы фосфора, азота, серы и, реже, других элементов.

Классификация углеводов

Все известные углеводы можно подразделить на две большие группы – простые углеводы и сложные углеводы. Отдельную группу составляют углеводсодержащие смешанные полимеры, например, гликопротеины – комплекс с молекулой белка, гликолипиды – комплекс с липидом, и др.

Простые углеводы (моносахариды, или монозы) являются полигидроксикарбонильными соединениями, не способными при гидролизе образовывать более простые углеводные молекулы. Если моносахариды содержат альдегидную группу, то они относятся к классу альдоз (альдегидоспиртов), если кетонную – к классу кетоз (кетоспиртов). В зависимости от числа углеродных атомов в молекуле моносахаридов различают триозы (С₃), тетрозы (С₄), пентозы (С₅), гексозы (С₆) и т.д.:

Наиболее часто в природе встречаются пентозы и гексозы.

Сложные углеводы (полисахариды, или полиозы) представляют собой полимеры, построенные из остатков моносахаридов. Они при гидролизе образуют простые углеводы. В зависимости от степени полимеризации их подразделяют на низкомолекулярные (олигосахариды, степень полимеризации которых, как правило, меньше 10) и высокомолекулярные. Олигосахариды – сахароподобные углеводы, растворимые в воде и сладкие на вкус. Их по способности восстанавливать ионы металлов (Cu²⁺, Ag⁺) делят на восстанавливающие и невосстанавливающие. Полисахариды в зависимости от состава можно также разделить на две группы: гомополисахариды и гетерополисахариды.
Гомополисахариды построены из моносахаридных остатков одного типа, а гетерополисахариды – из остатков разных моносахаридов.
Сказанное с примерами наиболее распространенных представителей каждой группы углеводов можно представить в виде следующей схемы:
Функции углеводов
Биологические функции полисахаридов весьма разнообразны.
Энергетическая и запасающая функция
В углеводах заключено основное количество калорий, потребляемых человеком с пищей. Основным углеводом, поступающим с пищей, является крахмал. Он содержится в хлебобулочных изделиях, картофеле, в составе круп. В рационе человека присутствуют также гликоген (в печени и мясе), сахароза (в качестве добавок к различным блюдам), фруктоза (во фруктах и меде), лактоза (в молоке). Полисахариды, прежде чем усвоиться организмом, должны быть гидролизованы с помощью пищеварительных ферментов до моносахаридов. Только в таком виде они всасываются в кровь. С током крови моносахариды поступают к органам и тканям, где используются для синтеза своих собственных углеводов или других веществ, либо подвергаются расщеплению с целью извлечения из них энергии.

Освобождающаяся в результате расщепления глюкозы энергия накапливается в виде АТФ. Различают два процесса распада глюкозы: анаэробный (в отсутствие кислорода) и аэробный (в присутствии кислорода). В результате анаэробного процесса образуется молочная кислота

,
которая при тяжелых физических нагрузках накапливается в мышцах и вызывает боль.
В результате же аэробного процесса глюкоза окисляется до оксида углерода (IV) и воды:
В результате аэробного распада глюкозы освобождается значительно больше энергии, чем в результате анаэробного. В целом при окислении 1 г углеводов выделяется 16,9 кДж энергии.
Глюкоза может подвергаться спиртовому брожению. Этот процесс осуществляется дрожжами в анаэробных условиях:

Спиртовое брожение широко используется в промышленности для производства вин и этилового спирта.
Человек научился использовать не только спиртовое брожение, но и нашел применение молочнокислому брожению, например, для получения молочнокислых продуктов и квашения овощей.
В организме человека и животных нет ферментов, способных гидролизовать целлюлозу, тем не менее целлюлоза является основным компонентом пищи для многих животных, в частности, для жвачных. В желудке этих животных в больших количествах содержатся бактерии и простейшие, продуцирующие фермент целлюлазу
, катализирующий гидролиз целлюлозы до глюкозы. Последняя может подвергаться дальнейшим превращениям, в результате которых образуются масляная, уксусная, пропионовая кислоты, способные всасываться в кровь жвачных.
Углеводы выполняют и запасную функцию. Так, крахмал, сахароза, глюкоза у растений и гликоген у животных являются энергетическим резервом их клеток.

Структурная, опорная и защитная функции
Целлюлоза у растений и хитин у беспозвоночных и в грибах выполняют опорную и защитную функции. Полисахариды образуют капсулу у микроорганизмов, укрепляя тем самым мембрану. Липополисахариды бактерий и гликопротеины поверхности животных клеток обеспечивают избирательность межклеточного взаимодействия и иммунологических реакций организма.
Рибоза служит строительным материалом для РНК, а дезоксирибоза – для ДНК.
Защитную функцию выполняет гепарин. Этот углевод, являясь ингибитором свертывания крови, предотвращает образование тромбов. Он содержится в крови и соединительной ткани млекопитающих. Клеточные стенки бактерий, образованные полисахаридами, скреплены короткими аминокислотными цепочками, защищают бактериальные клетки от неблагоприятных воздействий. Углеводы участвуют у ракообразных и насекомых в построение наружного скелета, выполняющего защитную функцию.

Регуляторная функция
Клетчатка усиливает перистальтику кишечника, улучшая этим пищеварение.

Интересна возможность использования углеводов в качестве источника жидкого топлива – этанола. С давних пор использовали древесину для обогрева жилищ и приготовления пищи. В современном обществе этот вид топлива вытесняется другими видами – нефтью и углем, более дешевыми и удобными в использовании. Однако растительное сырье, несмотря на некоторые неудобства в использовании, в отличие от нефти и угля является возобновляемым источником энергии. Но его применение в двигателях внутреннего сгорания затруднено. Для этих целей предпочтительнее использовать жидкое топливо или газ. Из низкосортной древесины, соломы или другого растительного сырья, содержащих целлюлозу или крахмал, можно получить жидкое топливо – этиловый спирт. Для этого необходимо вначале гидролизовать целлюлозу или крахмал и получить глюкозу:

,
а затем полученную глюкозу подвергнуть спиртовому брожению и получить этиловый спирт. После очистки его можно использовать в виде топлива в двигателях внутреннего сгорания. Надо отметить, что в Бразилии с этой целью ежегодно из сахарного тростника, сорго и маниока получают миллиарды литров спирта и используют его в двигателях внутреннего сгорания.
Функции углеводов | Химическая энциклопедия
В живых организмах углеводы выполняют различные функции, но основными являются энергетическая и строительная.
Энергетическая функция состоит в том, что углеводы под влиянием ферментов легко расщепляются и окисляются с выделением энергии. При полном окислении 1 г углеводов высвобождается 17,6 кДж энергии. Конечные продукты окисления углеводов – углекислый газ и вода.
Значительная роль углеводов в энергетическом балансе живых организмов связана с их способностью расщепляться как при наличии кислорода, так и без него. Это имеет важнейшее значение для живых организмов, живущих в условиях дефицита кислорода. Резервом глюкозы являются полисахариды (крахмал и гликоген).
Структурная (строительная) функция углеводов заключается в том, что они используются в качестве строительного материала. Оболочки клеток растений в среднем на 20-40 % состоят из целлюлозы, которая обладает высокой прочностью. Поэтому оболочки растительных клеток надежно защищают внутриклеточное содержимое и поддерживают форму клеток. Хитин является компонентом внешнего скелета членистоногих и клеточных оболочек некоторых грибов и протистов.
Некоторые олигосахариды входят в состав цитоплазматической мембраны клеток животных и образуют надмембранный комплекс – гликокаликс. Углеводные компоненты цитоплазматической мембраны выполняют рецепторную функцию: они воспринимают сигналы из окружающей среды и передают их в клетку.
Метаболическая функция состоит в том, что моносахариды являются основой для синтеза многих органических веществ в клетках организмов – полисахаридов, нуклеотидов, спиртов, аминокислот и др.
Запасающая функция заключается в том, что полисахариды являются запасными питательными веществами всех организмов, играя роль важнейших поставщиков энергии. Запасным питательным веществом у растений является крахмал, у животных и грибов – гликоген. В корнях и клубнях некоторых растений, например, георгинов, запасается инулин (полимер фруктозы).
Углеводы выполняют и защитную функцию. Так, камеди (смолы, выделяющиеся при повреждении деревьев, например, вишен, слив) являются производными моносахаридов. Они препятствуют проникновению в раны болезнетворных микроорганизмов. Твердые клеточные оболочки протистов, грибов и покровы членистоногих, в состав которых входит хитин, тоже выполняют защитную функцию. Вам необходимо включить JavaScript, чтобы проголосовать
углеводы — урок. Биология, Общие биологические закономерности (9–11 класс).
Углеводы, или сахариды, — одна из основных групп органических соединений. Они входят в состав клеток всех живых организмов.
Основная функция углеводов — энергетическая (при расщеплении и окислении молекул углеводов выделяется энергия, которая обеспечивает жизнедеятельность организма). При избытке углеводов они накапливаются в клетке в качестве запасных веществ (крахмал, гликоген) и при необходимости используются организмом в качестве источника энергии. Углеводы также используются и в качестве строительного материала.

Общая формула углеводов:
Cn(h3O)m.
Углеводы состоят из углерода, водорода и кислорода.
В состав производных углеводов могут входить и другие элементы.

Растворимые в воде углеводы. Моносахариды и дисахариды
Пример:
из моносахаридов наибольшее значение для живых организмов имеют рибоза, дезоксирибоза, глюкоза, фруктоза, галактоза.
Глюкоза — основной источник энергии для клеточного дыхания.
Фруктоза — составная часть нектара цветов и фруктовых соков.
Рибоза и дезоксирибоза — структурные элементы нуклеотидов, являющихся мономерами нуклеиновых кислот (РНК и ДНК).
Дисахариды образуются путём соединения двух молекул моносахаридов и по своим свойствам близки к моносахаридам. Например, и те и другие хорошо растворимы в воде и имеют сладкий вкус.
Пример:
сахароза (тростниковый сахар), мальтоза (солодовый сахар), лактоза (молочный сахар) — дисахариды, образовавшиеся в результате слияния двух молекул моносахаридов:
сахароза (глюкоза \(+\) фруктоза) — основной продукт фотосинтеза, транспортируемый в растениях.
Лактоза (глюкоза \(+\) галактоза) — входит в состав молока млекопитающих.
Мальтоза (глюкоза \(+\) глюкоза) — источник энергии в прорастающих семенах.
Функции растворимых углеводов: транспортная, защитная, сигнальная, энергетическая.
Нерастворимые в воде полисахариды
Полисахариды состоят из большого числа моносахаридов. С увеличением количества мономеров растворимость полисахаридов уменьшается и сладкий вкус исчезает.

Пример:
полимерные углеводы: крахмал, гликоген, целлюлоза, хитин.
Функции полимерных углеводов: структурная, запасающая, энергетическая, защитная.
Крахмал состоит из разветвлённых спирализованных молекул, образующих запасные вещества в тканях растений.
Целлюлоза является важным структурным компонентом клеточных стенок грибов и растений.
Целлюлоза нерастворима в воде и обладает высокой прочностью.
Хитин состоит из аминопроизводных глюкозы, входит в состав клеточных стенок некоторых грибов и формирует наружный скелет членистоногих животных.
Гликоген — резервный углевод животной клетки.
В состав соединительных тканей животных входят сложные полисахариды. Они содержатся в межклеточном веществе кожи, в хрящах и сухожилиях.
Источники:
http://www.bestreferat.ru/referat-100195.html
Функции белков
Перед подробным изучением роли белков, давайте вспомним функции углеводов и липидов.
Углеводы: структурная, энергетическая и запасающая. Итого три.
У липидов побольше: те же энергетическая, запасающая и структурная. Плюс специфические: защитная, теплоизоляционная и регуляторная. Итого шесть.
А что с белками? Забегая вперёд, скажем, что у белков их около десяти. Почему так много? Нетрудно догадаться.
Из предыдущих уроков вы знаете, что белки имеют более сложное строение и отличаются огромным разнообразием. А поэтому и выполняют в живых организмах чрезвычайно важные и многообразные функции.
Итак, проследим за работой этих трудяг и выясним, почему же именно они являются незаменимыми составляющими жизни.
Начнём с самой основополагающей и солидной функции – строительной, или структурной.
Белки являются неотъемлемой составляющей всех клеток, всех тканей всех живых организмов. Как вы помните, вместе с фосфолипидами они входят в состав цитоплазматических мембран. Из белков построен цитоскелет клетки, о котором подробнее вы узнаете совсем скоро, мышечные волокна также представлены белками. Белок коллаген является основным элементом хрящей и сухожилий. Кстати, коллаген – лидер среди белков у млекопитающих. Его содержание в организме может достигать до 35% от всех белков.
Кератин – важнейший структурный компонент перьев, ногтей, рогов, волос, копыт у животных.
В составе связок, лёгких, в стенках артерий мы обнаружим белок эластин.
Следующая функция по важности мало уступает первой. Но если структурная не таит в себе каких-либо особых секретов, то ферментативная, или каталитическая – и сегодня загадка для учёных. Здесь речь идёт о тех белках, которые способны ускорять химические реакции, выступая в роли катализаторов. Или точнее – биологических катализаторов. Называются они ферментами и способны увеличивать скорость протекания химической реакции в миллионы и миллиарды раз. Только вдумайтесь! Неорганическим катализаторам такие способности и не снились. Их эффективность ограничивается сотнями и тысячами раз.
Подробнее с теорией, которая описывает механизм работы ферментов, вы познакомитесь немножко позже.
Далее транспортная функция. Многие белки обладают способностью легко присоединять к себе различные вещества, переносить и легко отдавать в нужном месте. Первым примером такого белка, который мы сразу вспомним, будет, конечно же, гемоглобин эритроцитов позвоночных животных. Он связывает и переносит кислород. Ну и немножко углекислый газ.
Жирные кислоты в организме транспортируются альбуминами крови.
Глобулины переносят ионы металлов и гормоны.
Белки цитоплазматической мембраны обеспечивают транспорт веществ в клетку и из неё.
Сократительная, или двигательная функция. Мы знаем, что одним из признаков живых существ является способность к движению. Передвигаться могут отдельные клетки, ткани, органы и целые организмы. В основе работы мышц, а также внутриклеточных сокращений лежит способность изменять свои размеры белков актина и миозина. А белок тубулин обеспечивает перемещение хромосом при делении клетки, движение ресничек и жгутиков эукариотических клеток.
Пептиды и белки могут выполнять и роль гормонов, изменяя скорость протекания различных физиологических процессов. Выполняя регуляторную функцию.
Как вы помните из восьмого класса, инсулин и глюкагон поддерживают постоянную концентрацию глюкозы в крови. А гормон роста соматотропин отвечает, соответственно, за рост и физическое развитие вашего организма.
Сигнальная функция. Некоторые белки, входящие в состав плазмалеммы, могут изменять свою структуру под действием различных внешних факторов. Тем самым они обеспечивают приём сигналов из внешней среды и передают полученную информацию в клетку. Помните, как работает наше зрение? При попадании света на светочувствительный пигмент родопсин, он распадается. В ответ на появление продуктов распада родопсина возникает нервный импульс, который и формирует зрительные ощущения. Так вот, составляющая пигмента родопсина – белок опсин.
Существуют белки, которые стоят на страже целостности организмов. Они способны защищать внутреннюю среду от повреждений и вторжения чужеродных тел. Любой живой организм постоянно подвержен проникновению незваных объектов (антигенов). Но в здоровом организме незваные гости быстро нейтрализуются при помощи лейкоцитов.
Последние вырабатывают специальные белки – иммуноглобулины (антитела), которые подавляют деятельность антигенов. Тем самым обеспечивая иммунный ответ. Например, от вирусных инфекций защищает белок интерферон. А от чрезмерной потери крови – фибриноген, тромбопластин и тромбин. Обеспечивая её свёртывание.
Токсическая функция. Белки могут не только защищаться, но и нападать. Хотя защита – это тоже нападение.
Многие живые существа способны вырабатывать и выделять белки-токсины. Это характерно для ряда животных, а особенно грибов, растений, микроорганизмов. Например, пептидную природу имеет дифтерийный токсин. Возможно, вы слышали о нём. Вырабатывается бактерией Corynebacterium diphtheriae (бацилла Лёффлера) и нарушает синтез белков.
В ответ на проникновение белков-токсинов, некоторые организмы способны вырабатывать антитоксины, подавляющие действие ядов. А если такие антитоксины не вырабатываются, то их можно ввести. При укусе той же змеи спасают жизнь человеку, вводя специфический антитоксин. Но только специфический. То есть для каждой змеи свой.
Запасающая функция. В первую очередь эту функцию выполняют, как мы уже сказали, углеводы и жиры. Но в семенах растений запасаются именно резервные белки. Зачем? Для прорастания зародыша нужен азот. А углеводы и липиды азота, как известно, не содержат. Вот почему семена некоторых растений (бобовые) содержат даже полноценные белки, заменяющие мясо.
Энергетическая функция. Несмотря на свою ценность, в крайних случаях белки могут выступать и всего лишь источником энергии для организма. Но происходит это только тогда, когда расходовались все углеводы и жиры. Как и углеводы, белки при расщеплении 1 грамма дают 17,6 кДж энергии.
функции углеводов в организме человека
Роль углеводов в строении клеток организма трудно переоценить, но почему-то большинству людей кажется, что они лишь способствуют набору лишнего веса. На самом деле благодаря углеводам человек приобретает энергетический запас, который он затем использует при решении своих жизненных задач. Но и это далеко не всё значение, которое имеют эти полезные вещества.
Основная информация о значении углеводов
Углеводы питают клетки, наполняя их необходимым клеточным веществом, активизируют защитную функцию организма в борьбе против негативного воздействия внешней среды и помогают организму человека восстанавливаться после тяжёлых заболеваний. Основная функция углеводов в организме человека обусловлена процессами биохимии (это наука о химических элементах, характерных для жизнедеятельности живых организмов и обеспечивающих их нормальное функционирование). Как же они работают? После попадания в организм через пищу углеводы всасываются в кровь, окисляются и образуют энергию.
Другая часть этих химических элементов, не преобразовавшихся в активные, отправляется на реализацию другой функции, препятствующей накоплению кетонов в процессе окисления жиров.

Благодаря углеводам человек приобретает энергетический запас
Кетоны — это вещества, из которых клетки также берут энергию. Накопление кетонов негативно влияет на функционирование всего организма, так как по сути кетоны — это глюкоза, а её избыток в организме может привести к таким серьёзным заболеваниям, как сахарный диабет, заболевания кожи, желудочно-кишечного тракта и пр.
Функция простых углеводов — строительство клеток. Строительная функция восстанавливает травмированные части клеток, придаёт им силы и является катализатором дальнейшего развития. Ещё одна задача, которую выполняют эти элементы — регуляторная. Простые углеводы регулируют обмен веществ, стимулируют похудение и ускоряют переработку полученных питательных веществ организмом. Расщепление жиров и белков, попадающих в организм — это ферментативная задача инулинов. Именно она помогает распаду белков и жиров на более простые формы, которые легче усваиваются организмом и быстрее всасываются в кровь.
Принцип работы этих веществ следующий: содержащиеся в каких-либо продуктах углеводы попадают в организм. Всасываясь в кровь, они превращаются в глюкозу, которая и является главным производителем энергии. В результате человек чувствует прилив сил и бодрости. Кстати, они являются микронутриентами также, как и жиры, и белки. При переработке в организме они образуют другой вид ткани — гликоген. Когда весь важный гликоген рассасывается по организму, избыточный откладывается между мышцами, в печени, жировой ткани и других внутренних органах, включаясь в работу во время тяжёлых физических нагрузок, сна или приема пищи. Такой запас необходим, иначе все сигнальные системы организма отключатся, он перестанет реагировать на раздражители внешней среды. Затем нужно будет обеспечить поступление новых видов веществ, из которых можно будет набрать силу.
Кроме силы и активности, влиянию углеводов особенно подвержен мозг. Пожалуй, они являются основными элементами для нормального функционирования мозга. В этом случае особенное значение имеет количество потребляемых углеводов — чем их больше, тем более долгосрочный эффект они будут иметь, в противном случае, реакции мозга будут замедленными, сигналы краткими и нечеткими.
Таким образом становится понятно, что практически все органы в организме человека так или иначе зависят от количества поступающих в организм углеводов. Роль углеводов в клетке любого живого организма очень велика. Поэтому и важно, чтобы рацион был сбалансированным и качественным.

Питание должно быть сбалансированным
Важно. В организм должно поступать достаточно белков, жиров, углеводов и других химических элементов, чтобы он сам мог хорошо функционировать и развиваться.
Основные функции углеводов
Более подробно нужно разобрать, какие функции выполняют углеводы в живых организмах.
Энергетическая
Это основная функция простых углеводов в клетке. При воздействии углеводов на клетку, она начинает активно функционировать, выделять энергию, расти. В ней проявляются метаболические процессы. Любое животное или человек растут именно благодаря этой функции. У животных, например, углеводы формируют гликокаликс, так что справедливо утверждать, что у них это один из основных структурных материалов. Процесс начинается с окисления, при этом стоит иметь ввиду, что это может произойти как при воздействии кислорода на вещество, так и в полностью бескислородной среде. Если рассматривать растительные организмы, то и здесь есть углеводы, представленные в форме крахмала.
В целом печень в нормальных условиях может запасать до 10% от всего потребляемого гликогена, что делает жизнь гораздо проще и спокойнее. Недостаток гликогена может спровоцировать его поиск в других органах и, следовательно, неравномерное его распределение по организму, различные заболевания. Наиболее понятными примерами проявления энергетической функции являются глюкоза, сахароза и фруктоза. Наверняка, каждый человек не один раз замечал, какова реакция его тела на потребление сладкого: оно как будто сразу наполняется силами, происходит полное восстановление и обновление не только физических, но и моральных сил, мозг начинает работать быстрее.
Кроме того, активизируются в организме и другие процессы, которые также важно перечислить:
газообмен;
выделительная способность;
кровообращение;
пластический обмен.
В результате можно сделать вывод, что почти каждый вид процесса в организме не может происходить без участия этого важного «болтика».

Почти каждый вид процесса в организме не может происходить без участия углеводов
Защитная способность
Это такая составляющая, которая предотвращает попадание в любой орган посторонних элементов, веществ и так далее. Защитная схема любого внутреннего органа построена таким образом, что при воздействии на него какого-то внешнего раздражителя, он скорее всего выделит специальную жидкость — слизь. Именно в ней и выполняют свою функцию углеводы.
В составе слизи они образуют в каком-то смысле броню, которая не позволяет различным условиям и раздражителям внешней среды проникнуть внутрь, травмировать орган, занести инфекцию. Кроме того, они спасают ещё и от механических повреждений. Углеводы в этих ситуациях буквально встают на защиту органа, который и был травмирован в результате «атаки» неблагоприятных элементов.
На заметку! Биология утверждает, что при достаточном количестве углеводов в теле человека значительно снижается вероятность заболеваний, вызванных попаданием в кровь различных вирусов и бактерий. При взаимодействии углеводов с жирами происходит усиление защитной функции.
Структурная функция
Как понятно из названия, эта функция предполагает образование какой-либо структуры, то есть строительства. Из этого следует, что построение почти каждой клеточки организма зависит от того, сколько углеводов в нем есть на данный момент. Эта опорная функция структурирует работу всего организма.
Важно употреблять как можно больше продуктов, содержащих углеводы, чтобы восстановить и нормализировать функции, обеспечивающие бесперебойный рост организма, работу мышц, да и в целом, всего тела вообще.
Важно. Главное, на что нужно обратить внимание – для лучшего эффекта выполнения строительства клеток углеводы должны употребляться не по отдельности от разных витаминов и минеральных веществ, а с приемом пищи комплексно.
Особое внимание, конечно, стоит уделять белкам, так как именно во взаимодействии с ними углеводы лучше усваиваются и заполняют ослабленные клетки, что создает абсолютно иной уровень взаимодействия углеводов с организмом человека.
Запасающая функция
Эта функция очень похожа на защитную. Организм способен накапливать углеводы для того, чтобы в экстремальных ситуациях (если запасы углеводов не пополняются в течение хотя бы 5 часов) запас в прослойке подкожного жира или в другом месте пришел на помощь и спас человека от голодной смерти. Т. е. углеводы не позволят человеку сразу же умереть от голода, если он вдруг на какое-то время остался без питания. В нужный момент сработает как раз запасная функция и доставит нужные микроэлементы к жизненно важным органам.

Организм способен накапливать углеводы
Сигнальная функция
Разбираясь в том, для чего нужны углеводы, нельзя не отметить специальную сигнальную функцию, которую они осуществляют. Это способность углеводов служить средством соединения между тканями и жидкостями в организме, обеспечивать работу межклеточного вещества, регулировать передачу одних веществ к другим, а также жизнедеятельность каждой клетки. Углеводы обеспечивают реакцию организма на внешние раздражители, что помогает определять, является ли тот или иной раздражитель опасным или нет. Без этой функции резко возросла бы вероятность травм, так как клетки не успевали бы вовремя реагировать на внешние раздражители. Это ещё спасает и от распространения заболеваний, так как своевременный сигнал вовремя воспринимается мозгом, который блокирует распространение инфекции.
Строительная
Это отдельный класс функций, выполняемых углеводами. Пожалуй, она также относится к основным. Инулин является одной из составляющих клетки. Это происходит как в растительных, так и в животных клетках. В растительных клетках он формирует хитин, а в животных — гликокаликс.
Особую роль он играет в строении желудка. Если инулин функционирует хорошо, то проблем с работой желудочно-кишечного тракта возникнуть не должно. Работая в клетке, гликоген воспринимает раздражения от окружающей среды и передаёт их в клетку, которая потом самостоятельно регулирует свою работу. Благодаря углеводам, организм человека является таким, какой он есть, а каждая клетка имеет в составе то, что имеет.
Транспортная
Транспортная задача углеводов — передать информацию от одной клетки к другой. При этом, углеводы передают не всю информацию, а лишь ту, передача которой является безопасной и не способна навредить ни рецептору, ни донору.
Транспортная задача углеводов — передать информацию от одной клетки к другой
Передачу различных веществ нельзя осуществить, если в них есть хотя бы намёк на какую-либо инфекцию, которая может заразить весь организм. Эта функция имеет первостепенную важность, так как организм – это система, в которой всё взаимосвязано, а углеводы подчёркивают, насколько связаны все клетки. Недостаток этого элемента может привести к различным неприятным заболеваниям, именно поэтому нужно следить за уровнем углеводов в крови.
Регуляторная
Углеводы формируют системы гликопротеидов — мембранных рецепторов, отвечающих за осмотическое давление в организме. Оно формируется под воздействием глюкозы и зависит от её уровня. В результате углеводы воздействуют на пищеварение, улучшают всасывание различных полезных веществ, обеспечивая их совместимость с другими составляющими той или иной клетки или органа. Они же регулируют осмотическое давление в крови и поддерживают стабильность гомеостаза.
Опорная функция
Инулин принимает непосредственное участие в создании различных опорных структур, то есть того, из чего формируется сама клетка. Такими элементами построения являются хитин и целлюлоза. Опорной эта функция называется потому, что она описывает то, насколько важной является база из инулинов.
Роль углеводов в организме человека
Таким образом, основное значение инулина — выработка энергии. Углеводы бывают простыми и сложными. В зависимости от состава, они или легко усваиваются организмом или на их усвоение уходит много времени, поэтому разделяются на простые и сложные. Потреблять важно оба вида, чтобы не было дефицита.
Важно. От того, какую пищу употребляет человек, зависят практически все процессы его жизнедеятельности. Поэтому важно контролировать качество потребляемых инулинов, правильно определять их объём.
Подводя итог по значению этого материала для организма, стоит отметить, что без непосредственного участия углеводов невозможна нормальная работа организма. Чтобы быть здоровым, нужно соблюдать не только баланс жиров, но и инулина. Кстати, от углеводов зависит, сколько сил будет на тренировке, а, следовательно, и сколько калорий сожжется. Поэтому для людей, которые активно занимаются спортом, существует своя норма по потреблению этих веществ.
Могут выполнять сигнальные функции углеводы или липиды. Органические вещества
Данный справочник содержит весь теоретический материал по курсу биологии, необходимый для сдачи ЕГЭ. Он включает в себя все элементы содержания, проверяемые контрольно-измерительными материалами, и помогает обобщить и систематизировать знания и умения за курс средней (полной) школы.
Теоретический материал изложен в краткой, доступной форме. Каждый раздел сопровождается примерами тестовых заданий, позволяющими проверить свои знания и степень подготовленности к аттестационному экзамену. Практические задания соответствуют формату ЕГЭ. В конце пособия приводятся ответы к тестам, которые помогут школьникам и абитуриентам проверить себя и восполнить имеющиеся пробелы.
Пособие адресовано школьникам, абитуриентам и учителям.
Книга:
Разделы на этой странице:

Углеводы . Общая формула Сn (H 2 O)n. Следовательно, углеводы содержат в своем составе только три химических элемента.
Растворимые в воде углеводы.
Функции растворимых углеводов : транспортная, защитная, сигнальная, энергетическая.
Моносахариды: глюкоза – основной источник энергии для клеточного дыхания. Фруктоза – составная часть нектара цветов и фруктовых соков. Рибоза и дезоксирибоза – структурные элементы нуклеотидов, являющихся мономерами РНК и ДНК.
Дисахариды: сахароза (глюкоза + фруктоза) – основной продукт фотосинтеза, транспортируемый в растениях. Лактоза (глюкоза + галактоза) – входит в состав молока млекопитающих. Мальтоза (глюкоза + глюкоза) – источник энергии в прорастающих семенах.
Полимерные углеводы : крахмал, гликоген, целлюлоза, хитин. Они не растворимы в воде.
Функции полимерных углеводов : структурная, запасающая, энергетическая, защитная.
Крахмал состоит из разветвленных спирализованных молекул, образующих запасные вещества в тканях растений.
Целлюлоза – полимер, образованный остатками глюкозы, состоящими из нескольких прямых параллельных цепей, соединенных водородными связями. Такая структура препятствует проникновению воды и обеспечивает устойчивость целлюлозных оболочек растительных клеток.
Хитин состоит из аминопроизводных глюкозы. Основной структурный элемент покровов членистоногих и клеточных стенок грибов.
Гликоген – запасное вещество животной клетки. Гликоген еще более ветвистый, чем крахмал и хорошо растворимы в воде.
Липиды – сложные эфиры жирных кислот и глицерина. Нерастворимы в воде, но растворимы в неполярных растворителях. Присутствуют во всех клетках. Липиды состоят из атомов водорода, кислорода и углерода. Виды липидов: жиры, воска, фосфолипиды. Функции липидов: запасающая – жиры, откладываются в запас в тканях позвоночных животных. Энергетическая – половина энергии, потребляемой клетками позвоночных животных в состоянии покоя, образуется в результате окисления жиров. Жиры используются и как источник воды. Энергетический эффект от расщепления 1 г жира – 39 кДж, что в два раза больше энергетического эффекта от расщепления 1 г глюкозы или белка. Защитная – подкожный жировой слой защищает организм от механических повреждений. Структурная – фосфолипиды входят в состав клеточных мембран. Теплоизоляционная – подкожный жир помогает сохранить тепло. Электроизоляционная – миелин, выделяемый клетками Шванна (образуют оболочки нервных волокон), изолирует некоторые нейроны, что во много раз ускоряет передачу нервных импульсов. Питательная – некоторые липидоподобные вещества способствуют наращиванию мышечной массы, поддержанию тонуса организма. Смазывающая – воски покрывают кожу, шерсть, перья и предохраняют их от воды. Восковым налетом покрыты листья многих растений, воск используется в строительстве пчелиных сот. Гормональная – гормон надпочечников – кортизон и половые гормоны имеют липидную природу.
ПРИМЕРЫ ЗАДАНИИ
Часть А
А1. Мономером полисахаридов может быть:
1) аминокислота 3) нуклеотид
2) глюкоза 4) целлюлоза
А2. В клетках животных запасным углеводом является:
1) целлюлоза 3) хитин
2) крахмал 4) гликоген
А3. Больше всего энергии выделится при расщеплении:
1) 10 г белка 3) 10 г жира
2) 10 г глюкозы 4) 10 г аминокислоты
А4. Какую из функций липиды не выполняют?
энергетическую 3) изоляционную
каталитическую 4) запасающую
А5. Липиды можно растворить в:
1) воде 3) соляной кислоте
2) растворе поваренной соли 4) ацетоне
Часть В
В1. Выберите особенности строения углеводов
1) состоят из остатков аминокислот
2) состоят из остатков глюкозы
3) состоят из атомов водорода, углерода и кислорода
4) некоторые молекулы имеют разветвленную структуру
5) состоят из остатков жирных кислот и глицерина
6) состоят из нуклеотидов
В2. Выберите функции, которые углеводы выполняют в организме
1) каталитическая 4)строительная
2) транспортная 5) защитная
3) сигнальная 6) энергетическая
ВЗ. Выберите функции, которые липиды выполняют в клетке
1) структурная 4) ферментативная
2) энергетическая 5) сигнальная
3) запасающая 6) транспортная
В4. Соотнесите группу химических соединений с их ролью в клетке
Часть С
С1. Почему в организме не накапливается глюкоза, а накапливается крахмал и гликоген?
С2. Почему именно мыло смывает жир с рук?
Органические вещества.
В зависимости от молекулярной массы и структур различают малые низкомолекулярные органические молекулы — мономеры — и более крупные, высокомолекулярные макромолекулы — полимеры. Мономеры служат строительным материалом для полимеров.
Углеводы.
Различают три основных класса углеводов: моносахариды, олигосахариды и полисахариды, различающиеся числом мономерных звеньев.
Моносахариды — бесцветные, твердые кристаллические вещества, легко растворимые в воде, но нерастворимые в неполярных растворителях, имеющие, как правило, сладковатый вкус. В зависимости от числа атомов различают триозы, тетрозы, пентозы, гексозы и гептозы. Наиболее распространены в природе гексозы (глюкоза, фруктоза) — основные источники энергии в клетках (при полном расщеплении 1г глюкозы высвобождается 17,6 кДж энергии) и пентозы (рибоза, дезоксирибоза), входящие в состав нуклеиновых кислот.
Два или несколько ковалентно связанных друг с другом с помощью гликозидной связи моносахарида образуют ди- или олигосахариды. Дисахариды также широко распространены в природе: наиболее часто встречается мальтоза, или солодовый сахар, состоящий из двух молекул глюкозы.
Биологическое значение углеводов состоит в том, что они являются мощным и богатым источником энергии , необходимой клетке для осуществления различных форм активности. Полисахариды — удобная форма накопления энергоемких моносахаридов, а также незаменимый защитный и структурный компонент клеток и тканей животных, растений и микроорганизмов. Некоторые полисахариды входят в состав клеточных мембран и служат рецепторами , обеспечивая узнавание клеток друг другом и их взаимодействие.
Липиды.
Липиды представляют собой органические вещества, не растворимые в воде, но растворимые в неполярных растворителях — эфире, хлороформе, бензоле. Они обнаруживаются во всех без исключения клетках и разделены на несколько классов, выполняющих специфические биологические функции. Наиболее распространенными в составе живой природы являются нейтральные жиры , или триацилглицерины , воска , фосфоролипиды , стеролы .
Структурными компонентами большинства липидов являются жирные кислоты. Жирные кислоты являются ценным источником энергии. При окислении 1г жирных кислот высвобождается 38 кДж энергии и синтезируется в два раза большее количество АТФ, чем при расщеплении такого же количества глюкозы.
Жиры — наиболее простые и широко распространенные липиды. Жиры являются основной формой запасания липидов в клетке. Жиры используются также в качестве источника воды (при сгорании 1г жира образуется 1,1г воды). У многих млекопитающих под кожей откладывается толстый слой подкожного жира, который защищает организм от переохлаждения.
Воска — это сложные эфиры, образуемые жирными кислотами и много атомными спиртами. У позвоночных животных секретируются кожными железами. Покрывая кожу и её производные (волосы, мех, шерсть, перья), воска смягчают их и предохраняют от действия воды.
Фосфолипиды в состав молекул, которых входит остаток фосфорной кислоты, являются основой всех клеточных мембран.
Стероиды составляют группу липидов, не содержащих жирных кислот и имеющих особую структуру. К ним относится ряд гормонов, в частности кортизон, вырабатываемый корой надпочечников, различные половые гормоны, а также холестерин — важный компонент клеточных мембран у животных.
Углеводы . Общая формула Сn (h3O)n. Следовательно, углеводы содержат в своем составе только три химических элемента.
Растворимые в воде углеводы.
Функции растворимых углеводов : транспортная, защитная, сигнальная, энергетическая.
Моносахариды: глюкоза – основной источник энергии для клеточного дыхания. Фруктоза – составная часть нектара цветов и фруктовых соков. Рибоза и дезоксирибоза – структурные элементы нуклеотидов, являющихся мономерами РНК и ДНК.
Дисахариды: сахароза (глюкоза + фруктоза) – основной продукт фотосинтеза, транспортируемый в растениях. Лактоза (глюкоза + галактоза) – входит в состав молока млекопитающих. Мальтоза (глюкоза + глюкоза) – источник энергии в прорастающих семенах.
Полимерные углеводы : крахмал, гликоген, целлюлоза, хитин. Они не растворимы в воде.
Функции полимерных углеводов : структурная, запасающая, энергетическая, защитная.
Крахмал состоит из разветвленных спирализованных молекул, образующих запасные вещества в тканях растений.
Целлюлоза – полимер, образованный остатками глюкозы, состоящими из нескольких прямых параллельных цепей, соединенных водородными связями. Такая структура препятствует проникновению воды и обеспечивает устойчивость целлюлозных оболочек растительных клеток.
Хитин состоит из аминопроизводных глюкозы. Основной структурный элемент покровов членистоногих и клеточных стенок грибов.
Гликоген – запасное вещество животной клетки. Гликоген еще более ветвистый, чем крахмал и хорошо растворимы в воде.
Липиды – сложные эфиры жирных кислот и глицерина. Нерастворимы в воде, но растворимы в неполярных растворителях. Присутствуют во всех клетках. Липиды состоят из атомов водорода, кислорода и углерода. Виды липидов: жиры, воска, фосфолипиды. Функции липидов: запасающая – жиры, откладываются в запас в тканях позвоночных животных. Энергетическая – половина энергии, потребляемой клетками позвоночных животных в состоянии покоя, образуется в результате окисления жиров. Жиры используются и как источник воды. Энергетический эффект от расщепления 1 г жира – 39 кДж, что в два раза больше энергетического эффекта от расщепления 1 г глюкозы или белка. Защитная – подкожный жировой слой защищает организм от механических повреждений. Структурная – фосфолипиды входят в состав клеточных мембран. Теплоизоляционная – подкожный жир помогает сохранить тепло. Электроизоляционная – миелин, выделяемый клетками Шванна (образуют оболочки нервных волокон), изолирует некоторые нейроны, что во много раз ускоряет передачу нервных импульсов. Питательная – некоторые липидоподобные вещества способствуют наращиванию мышечной массы, поддержанию тонуса организма. Смазывающая – воски покрывают кожу, шерсть, перья и предохраняют их от воды. Восковым налетом покрыты листья многих растений, воск используется в строительстве пчелиных сот. Гормональная – гормон надпочечников – кортизон и половые гормоны имеют липидную природу.
Органические вещества Органическими называют соединения, в основе которых лежит цепь, образованная ковалентно связанными атомами углерода и имеющая разную пространственную структуру. Такие соединения образуются благодаря способности атомов углерода формировать между собой одинарные, двойные и тройные связи.
Мономер (с греч. mono «один» и meros «часть») это небольшая молекула, которая может образовать химическую связь с другими мономерами и составить полимер. Мономеры — мономерные звенья в составе полимерных молекул. Димеры, тримеры, тетрамеры, пентамеры и т. д. — низкомолекулярные вещества, состоящие соответственно из 2, 3, 4, и 5-ти мономеров. Приставку олиго- (сахариды, меры, пептиды) добавляют в общем случае, когда полимер состоит из небольшого количества мономеров.
Полимеры (от греч. поли- «много» и мерос «часть») неорганические и органические вещества, получаемые путём многократного повторения различных групп атомов, называемых «мономерами», соединённых в длинные макромолекулы химическими или координационными связями. Полимер это высокомолекулярное соединение, вещество с большой молекулярной массой (от нескольких тысяч до нескольких миллиардов
Глюкоза Моносахариды Простыми углеводами (моносахаридами и мономинозами) называют углеводы, которые не способны гидролизоваться с образованием более простых углеводов, у них число атомов углерода равно числу атомов кислорода С п Н 2n О п. Все моносахариды имеют сладкий вкус, кристаллизуются и легко растворяются в воде.
Глюкоза Глюкоза — это бесцветное кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде, сладкое на вкус. Она содержится в соке винограда, в спелых фруктах и ягодах, в меде. Строение глюкозы доказано экспериментально. Состав глюкозы выражается формулой С 6 H 12 O 6 Глюкоза Физ.свойства глюкозы: Твердое, кристаллическое вещество Без цвета Имеет сладковатый вкус Хорошо растворимо в воде
Биологическое значение глюкозы. Глюкоза образуется в растениях при фотосинтезе. Энергия,образовавшаяся при окислении глюкозы, используется для обеспечения процессов жизнедеятельности организма Глюкоза — исходное вещество для синтеза многих других необходимых живому организму соединений. Глюкоза – необходимый компонент крови, уровень её содержания находится в пределах 0,08-0,11% В медицине как средство усиленного питания и как лекарственное вещество. В кондитерском производстве. Входит в состав напитков. В текстильной промышленности при крашении. Используется для изготовления зеркал, ёлочных украшений (серебрение)
Полисахариды Полисахариды состоят из моносахаридов. Сложными углеводами (полисахаридами или полиозами) называют такие углеводы, которые способны гидролизоваться с образованием простых углеводов. Большие размеры делают их молекулы практически нерастворимыми в воде; они не оказывают влияние на клетку и потому удобны в качестве запасных веществ. При необходимости они могут быть превращены обратно в сахара путём гидролиза.
Целлюлоза В ней заключено около 50 % углерода, содержащегося в растениях. По общей массе на Земле целлюлоза занимает первое место среди органических соединений. Целлюлоза – это биополимер, состоящий из остатков глюкозы. Велико и промышленное значение целлюлозы – из этого вещества изготовляют хлопчатобумажные ткани и бумагу.
Гликоген В животном мире роль «запасного крахмала» играет родственный крахмалу полисахарид — гликоген. Гликоген содержится во всех животных тканях. Особенно много его в печени (до 20%) и в мышцах (4%). Гликоген представляет собой белый аморфный порошок, хорошо растворимый даже в холодной воде. Молекула животного крахмала построена по типу молекул амилопектина, отличаясь лишь большей ветвистостью. Молекулярная масса гликогена исчисляется миллионами.
Энергетическая Энергетическая: энергии для мозговой деятельности за счет окисления глюкозы (1г = 17,6 кДж) Пластическая Пластическая: принимают участие в синтезе ферментов, липидов, нуклеопротеидов. Защитная Защитная: вязкие секреты (слизи) богаты углеводами и предохраняют стенки полых органов от механических повреждений. Регуляторная Регуляторная: клетчатка, содержащаяся в пище, способствует перистальтике кишечника. Функции углеводов
Липиды – жиры и жироподобные вещества, являющиеся производными высших жирных кислот, высших жирных спиртов или высших жирных альдегидов. Как правило, это низкомолекулярные жирорастворимые органические вещества, которые извлекаются из клеток животных, растений и микроорганизмов неполярными растворителями. Основные источники липидов: молоко, растительные масла (оливковое, подсолнечное, льняное, кукурузное, кокосовое и т.д.), свиное сало и другие животные жиры, яйца, мозг и внутренности животных и др. В состав липидов, помимо жирных кислот, спиртов и альдегидов, могут входить азотистые основания, фосфорная кислота, углеводы, аминокислоты, белки и т.п. Липиды
Фосфолипиды Клеточная мембрана Сложные липиды Сложные липиды делят на три большие группы: фосфолипиды (соединения, имеющие в своей структуре остаток фосфорной кислоты), гликолипиды (соединения, имеющие в своей структуре углеводный компонент) и сфинголипиды. Иногда сложные липиды дополнительно подразделяют на нейтральные, полярные и оксилипины.
Структурная — главные компоненты биологических мембран; Запасающая подкожная жировая прослойка Энергетическая (1г = 38,9 кДж) — наиболее калорийная часть пищи; важная составная часть диеты человека и животных; Защитная — запасной, изолирующий и защищающий органы материал; Регуляторная: иммуномодуляторы; регуляторы активности ферментов; эндогормоны; передатчики биологических сигналов. Терморегуляция — регуляторы транспорта воды и солей; Источник воды Функции липидов
Влияние адипонектина на обмен углеводов, липидов и липопротеинов: анализ сигнальных механизмов | Танянский
ВВЕДЕНИЕ
Жировая ткань длительное время рассматривалась главным образом как место хранения избытка энергии в виде триглицеридов (ТГ), а также как ткань, которая изолирует и механически поддерживает внутренние органы. Однако открытие в 1994 г. лептина — «фактора сытости», продуцируемого главным образом адипоцитами, обнаружило еще одну функцию жировой ткани. Было установлено, что эта ткань секретирует сигналы, регулирующие потребление пищи и расход энергии, таким образом координируя изменения в балансе энергии и питательный статус всего организма. Позже было открыто множество факторов, секретируемых жировой тканью, что позволило расценивать ее как эндокринный орган. Некоторые из этих факторов могут прямо стимулировать развитие жировой ткани, обеспечивая наличие здоровой жировой ткани, способной удовлетворить все требования, которые выдвигает необходимость хранения энергии, вытекающее из положительного энергетического баланса [1].
Из множества регуляторных молекул, секретируемых жировой тканью, пожалуй, наибольшее внимание исследователей вызывает адипонектин, открытый в середине 90-х годов прошлого века [2]. Это связано не только с тем, что в отличие от большинства адипокинов продукция адипонектина при ожирении уменьшается, но и с чрезвычайно широким спектром тканей-мишеней и биологических эффектов этого белка. При этом изучение физиологической роли адипонектина и его биологических эффектов значительно осложнялось наличием у адипонектина нескольких обладающих различной биологической активностью молекулярных форм и по меньшей мере двух типов рецепторов, локализованных практически во всех клетках организма [3]. В связи с этим расшифровка механизмов передачи адипонектинового сигнала в клетку является весьма актуальной как для понимания влияния этого белка на разные типы тканей, так и возможного терапевтического вмешательства в эти эффекты.
Целью данного обзора является анализ современных сведений о сигнальных путях и молекулярных механизмах влияния адипонектина на энергетический обмен, т.е. на обмен углеводов, липидов и липопротеинов (ЛП). Поиск литературных источников проводился по ключевым словам «адипонектин» и «метаболический синдром» в базах Pubmed и Elibrary.ru за период с 1995 по 2021 гг.
МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ФОРМЫ АДИПОНЕКТИНА
Адипонектин циркулирует в крови в виде разнообразных молекулярных форм: тримеров, гексамеров и мультимеров [4]. Каждый мономер адипонектина (~30 кДа) состоит из четырех последовательных участков: N-концевая сигнальная последовательность, вариабельный фрагмент (негомологичный другим белкам), коллагеноподобный домен и С-концевой глобулярный домен [2]. Составляющий чуть больше половины массы белка глобулярный домен адипонектина может отщепляться в ходе ограниченного протеолиза; небольшие количества данного фрагмента обнаружены в плазме человека [5]. По-видимому, отщепление глобулярного домена адипонектина происходит в тканях под действием различных протеаз; специфический фермент, осуществляющий расщепление адипонектина, не обнаружен [6]. Показано, что глобулярная форма адипонектина обладает биологической активностью [3][5]. Однако играет ли данная форма адипонектина какую-либо роль в организме, остается невыясненным.
Согласно данным криоэлектронной микроскопии, тримеры представляют собой структуры в виде трех головок, образованных глобулярными доменами адипонектина, располагающихся на едином стебле, состоящем из тройной спирали коллагеноподобных доменов. В построении гексамеров участвуют 2 тримера, скрепленные параллельно друг другу. Они ориентированы голова к голове и напоминают букву «Y». Мультимеры образуются путем закручивания вокруг единого стержня коллагеноподобных доменов тримеров и гексамеров. Тем самым формируется «букет бутонов», похожий по структуре на С1q компонент комплемента, маннансвязывающий лектин и ряд других подобных мультимерных белков [4].
Мультимеризация адипонектина протекает внутриклеточно с участием шаперонов эндоплазматического ретикулума (ЭПР) BiP, ERp44, а также фолдазы Ero1-Lα и протеин-дисульфид-изомеразы DsbA-L [7][8]; в кровяном русле взаимопревращения молекулярных форм адипонектина не происходит [9]. Описаны точечные мутации в гене адипонектина, в результате чего синтезируется белок с нарушенной способностью образовывать мультимерные формы [10][11].
Олигомеры и мультимеры адипонектина имеют разную тропность к рецепторам и, как следствие, могут оказывать разные биологические эффекты [3][12–14]. В связи с этим одним из способов регуляции как продукции адипонектина, так и его биологических эффектов является изменение степени его мультимеризации, что достигается путем изменения концентрации в клетках шаперонов [8][15].
И, наконец, следует отметить, что концентрация адипонектина у женщин в среднем выше, чем у мужчин, особенно это касается высокомолекулярных форм: содержание мультимеров адипонектина в плазме у женщин примерно в 3 раза больше, чем у мужчин [10].
ВЛИЯНИЕ АДИПОНЕКТИНА НА ОБМЕН УГЛЕВОДОВ, ЛИПИДОВ И ЛИПОПРОТЕИНОВ
В отличие от остальных адипокинов, продукция адипонектина жировой тканью и его концентрация в крови при ожирении снижаются [16], при этом синтез адипонектина в дифференцирующихся адипоцитах, наоборот, увеличивается [2]. Сам адипонектин как раз и усиливает дифференцировку адипоцитов [17][18]. В связи с этим снижение продукции адипонектина при ожирении можно рассматривать в качестве компенсаторного механизма, направленного на ограничение роста жировой ткани. Механизм данной обратной связи остается невыясненным.
Адипонектин оказывает широкий спектр метаболических влияний. Прежде всего, действие адипонектина направлено на регуляцию энергетического обмена. Так, наряду с ускорением созревания адипоцитов этот адипокин активирует захват ими глюкозы и жирных кислот (ЖК) [17][19] и подавляет липолиз ТГ и освобождение ЖК из жировой ткани [20][21], что приводит к увеличению отложения липидов в адипоцитах и экспансии жировой ткани. Помимо этого, адипонектин стимулирует синтез и секрецию жировыми клетками липопротеинлипазы, фермента, расщепляющего ТГ плазменных ЛП и высвобождающего ЖК, что также способствует их захвату адипоцитами [22]. Одновременно с этим адипонектин индуцирует захват и расщепление ЖК и глюкозы в мышцах с активацией синтеза белка, разобщающего окисление и фосфорилирование [5][23–25], который позволяет осуществлять «сжигание» богатых энергией субстратов без избыточного накопления АТФ и НАДН, мощных аллостерических ингибиторов цикла Кребса. Хорошо согласуется с указанными эффектами адипонектина и его способность снижать инсулинорезистентность (ИР) [24][26][27], что приводит к увеличению захвата и расщепления глюкозы мышцами и жировой тканью (это необходимо для отложения ЖК в виде ТГ, т.к. жировая ткань практически не захватывает глицерин из крови).
Таким образом, адипонектин является своего рода «гормоном сытости», способствующим утилизации и запасанию богатых энергией субстратов (ЖК и глюкозы), что предупреждает развитие или смягчает уже развившуюся ИР. В дополнение к этому адипонектин и сам обладает некоторыми инсулиноподобными эффектами: способствует захвату глюкозы мышцами и жировой тканью с помощью Глют-4 [17], подавляет глюконеогенез в печени [28], подавляет липолиз в жировой ткани [20][21].
Активируемый адипонектином захват ЖК жировой тканью и мышцами, наряду с подавлением их освобождения из жировой ткани, приводит к снижению концентрации ЖК в крови и, следовательно, к уменьшению их поступления в печень. Это, в свою очередь, вызывает замедление синтеза и секреции ТГ печенью, т.е. приводит к снижению содержания ТГ в крови, чему также способствует ускорение расщепления ТГ в кровотоке под действием липопротеиновой липазы (рис. 1).
Рисунок 1. Метаболические эффекты адипонектина.
После секреции адипоцитами адипонектин (на схеме представлена мультимерная форма) оказывает целый ряд метаболических воздействий на различные органы и ткани, в первую очередь на жировую ткань, печень и мышцы. Результатом указанных воздействий (увеличение окисления ЖК и захвата глюкозы тканями, снижение синтеза ТГ и глюкозы в печени, антивоспалительный эффект) являются повышение чувствительности тканей к инсулину и снижение атерогенности липопротеинового профиля плазмы (уменьшение концентрации ЛПОНП и повышение концентрации ЛПВП). Адипонектин оказывает также непосредственное влияние на секрецию гепатоцитами апо А-1 и В. ЖК — жирные кислоты; ТГ — триглицериды; ЛПОНП — липопротеины очень низкой плотности; ЛПВП — липопротеины высокой плотности; апо — аполипопротеин.
Перечисленные выше биологические эффекты адипонектина хорошо согласуются с многочисленными клиническими наблюдениями. Так, установлено, что при снижении содержания адипонектина в крови у лиц с ожирением его концентрация отрицательно коррелирует с ИР, плазменными концентрациями ЖК, ТГ и положительно — с концентрацией в плазме холестерина ЛП высокой плотности (ХС ЛПВП) [29]. С указанными параметрами коррелирует преимущественно содержание мультимерной, но не олигомерных форм адипонектина в плазме [30]. Данные множественного регрессионного анализа свидетельствуют, что плазменные концентрации адипонектина и лептина являются независимыми детерминантами ИР [31]. Помимо этого, содержание адипонектина являлось независимой детерминантой концентрации ТГ [32], ХС ЛПВП [33] либо обоих липидных показателей [29]. Положительная взаимосвязь между концентрациями в плазме адипонектина и ХС ЛПВП может быть обусловлена снижением плазменного уровня ТГ под действием адипонектина [22] и, как следствие, — замедлением катаболизма ЛПВП [34] либо стимулирующим влиянием адипонектина на синтез аполипопротеина (апо) А-1 в печени [22][35] (рис. 1). Адипонектин подавляет секрецию гепатоцитами апоВ, что может способствовать снижению уровня апоВ-содержащих ЛП под влиянием данного адипокина [35].
По другим данным, концентрация адипонектина не являлась независимой детерминантой содержания ЛП в крови [36]. Возможно, такие противоречия объясняются преимущественно опосредованным характером взаимосвязи уровня адипонектина со спектром плазменных ЛП.
Гиперэкспрессия гена адипонектина у животных, а также введение им рекомбинантного адипонектина предотвращали развитие ИР, индуцированной высокожировым рационом, а также вызывали снижение содержания в плазме ЖК и ТГ [5][22][28][37][38]. Нокаут гена адипонектина, наоборот, приводил к развитию умеренной ИР, повышению уровня ЖК и гипертриглицеридемии [26][39][40].
И, наконец, мутации гена адипонектина, препятствующие его мультимеризации, приводят к снижению содержания этого адипокина в крови, особенно его высокомолекулярных форм, и к раннему развитию ожирения и метаболического синдрома у таких лиц [10][11]. Имеются сведения, что у пациентов с мутацией гена адипонектина экспрессия этого белка в жировой ткани повышена, а его рецепторов — снижена [11].
Помимо вышеизложенных путей, адипонектин способен влиять на метаболические процессы за счет цитокиноподобного действия. Так, гиперэкспрессия гена адипонектина в жировой ткани у мышей с ожирением приводила к снижению инфильтрации жировой ткани мононуклеарами и локальной выработки провоспалительных цитокинов [18]. Подавление адипонектином воспалительного процесса в жировой ткани может приводить к уменьшению ИР и дислипидемии, индуцированных действием провоспалительных цитокинов [41].
СИГНАЛЬНЫЕ ПУТИ АДИПОНЕКТИНА
Адипонектин реализует свои воздействия через специфические рецепторы двух типов: AdipoR1 и AdipoR2. Указанные рецепторы представлены практически во всех клеточных типах и тканях; наибольшая экспрессия AdipoR1 найдена в сердечной и скелетных мышцах, печени, лейкоцитах, мозге, легких, а AdipoR2 — в мышцах, печени и легких [3]. AdipoR1 и AdipoR2 представляют собой трансмембранные белки, содержащие по 7 трансмембранных доменов и имеющие гомологию в 66,7%. Их N-концы повернуты внутрь клетки, в то время как С-концы — наружу, что с точностью до наоборот отражает топологию G-белок-связанных рецепторов [3]. AdipoRs принадлежат к семейству прогестероновых и адипонектиновых рецепторов (PAQR) [42]. Гомология AdipoRs c рецепторами, связанными с G-белками, весьма низкая [3].
По данным рентгеноструктурного анализа, в трансмембранном районе AdipoR1 найден сайт связывания цинка, координированный тремя остатками гистидина II и VII трансмембранных спиралей и аспартата III спирали [43]. Цинксвязывающий мотив участвует в активации адипонектином AMPK (АМФ-активируемой протеинкиназы) и PPAR-α (рецепторов, активируемых пролифераторами пероксисом-альфа) (см. ниже). Аналогичный сайт связывания цинка содержит мембранный тип щелочной церамидазы, включающей в себя также 7 трансмембранных спиральных участков и формирующий цинковый каталитический центр, отвечающий за церамидазную активность [44]. Хотя функциональная связь между активностью адипонектиновых рецепторов и активностью церамидазы была продемонстрирована [42, 45], подтверждений тому, что подобной активностью наделены сами адипонектиновые рецепторы, до сих пор не найдено [46].
AdipoR1 с высоким сродством связывается с олигомерными формами адипонектина и с глобулярным адипонектином, в то время как AdipoR2 с умеренным сродством взаимодействует со всеми молекулярными формами адипонектина [3]. Те же авторы показали, что нокаут гена AdipoR1, либо AdipoR2, либо нокаут обоих генов у мышей приводил к снижению чувствительности к инсулину и повышению содержания ТГ в печени [47]. Следует отметить, что экспрессия адипонектиновых рецепторов при ожирении у мышей снижена, что, наряду с уменьшением концентрации самого адипонектина в крови, приводит к ослаблению регуляторных влияний этого белка на различные ткани [48].
Передача сигнала от обоих адипонектиновых рецепторов на внутриклеточные сигнальные пути осуществляется с помощью адаптерного белка APPL1 (адаптерный белок, содержащий фосфотирозин-связывающий домен и последовательность лейциновой застежки 1) [49]. APPL1 — сильно гидрофильный белок, не содержит трансмембранных доменов, но содержит несколько структурных и функциональных доменов. APPL1 своим С-концевым доменом прямо связывается с внутриклеточными доменами AdipoR2 и AdipoR1 и после взаимодействия последних с адипонектином передает сигнал за счет изменения конформации без фосфорилирования рецептора или адаптерного белка. Так, после взаимодействия адипонектина с AdipoR1 связанный с ним APPL1 за счет прямого контакта активирует протеиновую фосфатазу 2А (PP2A) и ингибирует протеинкиназу Cξ (PKCξ), что приводит к дефосфорилированию печеночной киназы В1 (LKB1) и транслокации ее из ядра в цитоплазму [50]. В цитоплазме LKB1 фосфорилирует АМРК в положении Тре-172, что приводит к активации фермента [51]. АМРК является важнейшей киназой, осуществляющей регуляцию энергетического обмена в клетке. При снижении концентрации АТФ и повышении АМФ и АДФ происходит активация АМРК, которая восстанавливает энергетический баланс клетки, стимулируя катаболические процессы, генерирующие АТФ (захват и окисление ЖК и глюкозы), и подавляя анаболические процессы (синтез белка, ЖК, холестерина и гликогена, глюконеогенез), расходующие АТФ [52]. Активированная АМРК обеспечивает и большинство описанных эффектов адипонектина.
Так, АМРК катализирует реакцию фосфорилирования ацетил-КоА карбоксилазы-1 (ACC-1), ключевого фермента синтеза ЖК, что приводит к снижению его активности. Поскольку продукт реакции, катализируемой ACC, малонил-КоА, является ингибитором карнитин-пальмитоил-трансферазы 1 типа, обеспечивающего транспорт ЖК в митохондрии, скорость β-окисления на фоне подавления активности ACC-1 возрастает. Таким образом, увеличение активности АМРК, с одной стороны, может приводить к снижению синтеза в клетке ЖК и ТГ, а с другой — к повышению скорости окисления ЖК [52].
Кроме того, AMPK регулирует данные процессы на генетическом уровне, фосфорилируя транскрипционные регуляторы данных путей, SREBP-1c (белок, связывающийся со стерол-регулируемым элементом-1с) и PGC-1α (коактиватор фактора транскрипции PPARγ-1α) [53][54]. Активация последнего под влиянием адипонектина приводит к усилению биогенеза митохондрий и оксидативного метаболизма в мышечных клетках.
После взаимодействия адипонектина с AdipoR1 адаптерный белок APPL1 стимулирует также MAPK (митоген-активируемую протеинкиназу) р38 при участии киназ TAK (киназы, активируемой трансформирующим фактором роста-бета) и MKK3 (киназы MAPK-3) [55]. Как и АМРК, киназа p38 также опосредует ряд биологических эффектов адипонектина (влияние на биогенез митохондрий в мышцах, на захват глюкозы клетками и т.д.) [40].
Кроме того, адипонектин может активировать утилизацию энергетически богатых субстратов и AMPK-независимым путем. В этом случае адипонектин взаимодействует с AdipoR2, который передает сигнал на PPARα, являющийся активатором транскрипции ферментов пероксисомального и митохондриального окисления ЖК, а также активатором белка, разобщающего окисление и фосфорилирование [3][56]. Механизмы передачи сигнала от AdipoR2 на PPARα остаются неизвестными. Как и в случае c AdipoR1, скорее всего, в этом процессе принимает участие белковый адаптер APPL1 [49].
В клетках млекопитающих имеется еще один адаптерный белок — APPL2, который является изоформой APPL1, гомология между ними 45%. APPL2, подобно APPL1, имеет несколько функционально-структурных доменов. Показано, что APPL2 негативно модулирует сигналинг адипонектина в скелетных мышцах. APPL2 прямо связывается с AdipoR1 или AdipoR2, таким образом препятствуя связыванию APPL1 с рецепторами, конкурентно блокируя адипонектиновый сигналинг через оба эти рецептора. Кроме того, APPL2 образует гетеродимеры с APPL1, снижая связывание последнего с AdipoRs и блокируя действие адипонектина. При этом сам адипонектин, а также инсулин способны вызывать диссоциацию APPL1/APPL2 гетеродимеров. Роль APPL2 в регуляции передачи адипонектинового сигнала окончательно не выяснена [57].
Как указывалось ранее, адипонектин повышает чувствительность клеток к инсулину. В скелетных мышцах адипонектин индуцирует фосфорилирование тирозина субстрата инсулинового рецептора-1 (IRS-1) и последующую активацию киназы Akt, ингибируя фосфорилирование киназы p70 S6K и фосфорилирование серина в IRS-1, таким образом способствуя передаче инсулинового сигнала. Кроме того, активированная адипонектином AMPK ингибирует mTOR (мишени рапамицина млекопитающих). Далее происходит снижение активности мишени mTOR, p70 S6 киназы, которая подавляет путем фосфорилирования по остаткам серина активность IRS-1 [58]. Кроме того, адипонектин повышает чувствительность к инсулину, активируя аутофагию в мышечных клетках, возникающую следствие ЭПР- и оксидативного стресса на фоне хронической гипергликемии и высокожировой нагрузки [38][59]. Описан также и возможный механизм повышения чувствительности к инсулину с участием APPL1, который может облегчать взаимодействие инсулинового рецептора с IRS-1 [60].
Помимо повышения чувствительности тканей к инсулину, адипонектин стимулирует захват глюкозы скелетными миоцитами и адипоцитами при помощи нескольких сигнальных путей: AMPK [17][49][61], киназы р38 [49][62] и Akt [49]. Все они сводятся к транслокации Глют-4 на клеточную мембрану посредством активации ГТФазы Rab5 и/или стимуляции экспрессии гена SLC2A4, кодирующего Глют-4, через активацию регулятора транскрипции MEF-2.
Подавление адипонектином продукции глюкозы гепатоцитами происходит несколькими путями. Во-первых, активированная при участии LKB-1 AMPK осуществляет фосфорилирование CRTC2, транскрипционного коактиватора CREB (белка, связывающего цАМФ-распознающий элемент), отвечающего за индукцию транскрипции генов глюконеогенеза, PEPCK (фосфоенолпируват карбоксикиназы) и G6PC (глюкозо-6-фосфатазы) [63]. Фосфорилирование белка CRTC2 приводит к блокированию транслокации данного фактора в ядро клетки, в результате чего транскрипционная активность CREB уменьшается [63][64]. Кроме того, повышение чувствительности клеток к инсулину также будет способствовать подавлению глюконеогенеза, в частности посредством Akt-зависимого фосфорилирования и деградации FOXO1 (forkhead box protein O1), еще одного транскрипционного активатора генов глюконеогенеза [64].
Другим возможным путем передачи сигнала от адипонектиновых рецепторов является стимуляция церамидазной активности. Как уже отмечалось, такой активностью, вероятно, обладают сами AdipoRs, хотя прямых доказательств этому нет [42][45][46]. Активация в различных тканях (в печени, в жировой ткани, в кардиомиоцитах, β-клетках поджелудочной железы) AdipoR1 и AdipoR2 приводит к снижению концентрации в них церамидов и повышению концентрации продукта их деацилирования, сфингозина, который далее претерпевает фосфорилирование с образованием биологически активного продукта — сфингозин-1-фосфата (S1P) [42, 45]. В свою очередь, S1P активирует G-белок-связанные S1P-рецепторы, некоторые из которых передают сигнал в клетку по фосфоинозитидному механизму [65]. Одним из последствий активации S1P-рецепторов может служить активация в клетке AMPK в результате выброса ионов Са²⁺в цитозоль с последующей активацией киназы CaMKK [42]. С другой стороны, поскольку накопление церамидов в жировой ткани, в мышцах и в печени приводят к подавлению инсулинового сигнала за счет ингибирования киназы Akt [66], уменьшение концентрации церамидов при активации AdipoRs является одним из возможных механизмов повышения чувствительности к инсулину под влиянием адипонектина [46]. Косвенным подтверждением тому является повышение чувствительности к инсулину на фоне возрастания церамидазной активности в печени и жировой ткани у мышей с гиперэкспрессией адипонектиновых рецепторов [45].
Помимо адипонектиновых рецепторов AdipoR1/2, некоторые клетки, прежде всего эндотелиальные и мышечные клетки, взаимодействуют с адипонектином посредством белка адгезии Т-кадгерина [12]. На клеточной мембране Т-кадгерин закреплен при помощи гликозил-фосфатидилинозитольного якоря [12]. Вероятно, в передаче сигнала от данного рецептора участвуют липидные рафты цитоплазматической мембраны [67]. T-кадгерин взаимодействует с гексамерами и мультимерами, но не с тримерами адипонектина [12]. Установлены сайты Т-кадгерина, участвующие в связывании адипонектина: из 5 внеклеточных кадгериновых повторов T-кадгерина (EC) с адипонектином взаимодействуют располагающиеся на конце рецептора домены EC1 и EC2, ответственные также за межклеточную адгезию [68]. По мнению Denzel et al. (2010) [69] и Matsuda et al. (2015) [70], Т-кадгерин служит для аккумуляции адипонектина в тканях, в которых данный адипокин не синтезируется или синтезируется в небольших количествах, — в мышцах, сердце и аорте. Нокаут гена, кодирующего Т-кадгерин, у мышей элиминирует благоприятные эффекты адипонектина на реваскуляризацию тканей после ишемии [13][69] и на атерогенез у апоЕ-дефицитных мышей [71].
Помимо адипонектина, Т-кадгерин связывает и ряд других лигандов, одним из которых являются ЛП низкой плотности (ЛПНП) [67]. Последние, благодаря указанному взаимодействию, приводящему к мобилизации внутриклеточного Са²⁺, запускают миграцию и пролиферацию сосудистых гладких миоцитов in vitro. Адипонектин подавляет Са²⁺-сигнализацию ЛПНП, конкурируя с последними за связывание с Т-кадгерином [67]. С этими данными хорошо согласуются сведения о способности адипонектина связываться с ЛПНП плазмы, что приводит к изменению их взаимодействия с клетками [72]. Релевантность полученных данных физиологии ЛПНП и адипонектина in vivo, как и механизмы передачи сигнала от Т-кадгерина на внутриклеточные мишени, остаются невыясненными.
Рассмотренные выше сигнальные пути адипонектина схематично представлены на рис. 2.
Рисунок 2. Сигнальные пути адипонектина.
Адипонектин оказывает влияние на метаболические процессы посредством активации следующих сигнальных каскадов: AdipoR1-APPL1-LKB1-AMPK, AdipoR1-APPL1-p38, AdipoR2-PPARα, церамидазный и фосфоинозитидный пути. Адипонектин также оказывает ряд воздействий посредством повышения активности инсулинового сигналинга. Помимо AdipoR1/2, в эндотелиальных и мышечных клетках в передаче адипонектинового сигнала участвует молекула адгезии Т-кадгерин. Поскольку Т-кадгерин лишен трансмембранного и внутриклеточного доменов, механизмы передачи сигнала от данного рецептора на внутриклеточные сигнальные молекулы остаются невыясненными. Обозначения аббревиатур и остальные пояснения в тексте.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Имеющиеся данные свидетельствуют о выраженном своеобразии адипонектина как гормона (сигнальной молекулы). Это прежде всего высокая (на 3–6 порядков выше, чем других гормонов) и практически постоянная концентрация в крови. Если к этому добавить наличие у адипонектина нескольких молекулярных форм, обладающих различным сродством к нескольким типам рецепторов с различными сигнальными цепочками, то становятся понятными противоречивость и даже некоторая необъяснимость описанных эффектов адипонектина. К тому же остается малоизученной регуляция синтеза адипонектина и, в особенности, формирования его молекулярных форм.
Можно предполагать, что реализация влияния адипонектина зависит не столько от концентрации его в крови, сколько от реакции клеток на этот белок, т.е. от наличия того или иного типа рецепторов (которые, возможно, еще не все известны), от наличия, концентрации и активности того или иного типа адаптерного белка, конкурирующих между собой, а также от «доступности» сигнальных цепочек, используемых и другими сигнальными молекулами. В качестве доказательств такого предположения можно привести данные о влиянии на эффекты адипонектина не только инактивации (нокаут или нокдаун) или активации (сверхэкспрессия) адипонектиновых рецепторов, но и адаптерных белков [73]. Нельзя упускать из виду, что один из основных путей передачи адипонектинового сигнала в клетке осуществляется с использованием АМРК, которая ингибируется АТФ, следовательно, энергетический баланс клетки может оказывать существенное модулирующее действие на эффекты адипонектина.
Очевидно, раскрыты далеко не все сигнальные цепочки адипонектина. Все еще требуют изучения механизмы передачи сигнала адипонектина через AdipoR2, а также через Т-кадгерин. Кроме того, исследования, посвященные изучению механизмов действия отдельных молекулярных форм адипонектина, встречаются крайне редко. Все вышесказанное говорит о сложном характере сигналинга адипонектина, многие механизмы которого остаются нераскрытыми, и, возможно, уже ближайшее будущее принесет нам существенный прогресс в этой области.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ
Источники финансирования. Работа выполнена по госзаданию, шифр НИР 0557-2019-0011.
Конфликт интересов. Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с содержанием настоящей статьи.
Участие авторов. Танянский Д.А. — литературный поиск, анализ, написание текста и редактирование статьи; Денисенко А.Д. — литературный поиск, анализ, написание текста и редактирование статьи. Все авторы одобрили финальную версию статьи перед публикацией, выразили согласие нести ответственность за все аспекты работы, подразумевающую надлежащее изучение и решение вопросов, связанных с точностью или добросовестностью любой части работы.
1. Sethi J K, Vidal-Puig AJ. Adipose tissue function and plasticity orchestrate nutritional adaptation. J Lipid Res. 2007;48:1253-1262. doi: https://doi.org/10.1194/jlr.R700005-JLR200
2. Scherer PE, Williams S, Fogliano M, et al. A novel serum protein similar to C1q, produced exclusively in adipocytes. J Biol Chem. 1995;270:26746-26749. doi: https://doi.org/10.1074/jbc.270.45.26746
3. Yamauchi T, Kamon J, Ito Y, et al. Cloning of adiponectin receptors that mediate antidiabetic metabolic effects. Nature. 2003;423:762-769. doi: https://doi.org/10.1038/nature01705
4. Tsao TS. Assembly of adiponectin oligomers. Rev Endocr Metab Disord. 2014;15(2):125-136. doi: https://doi.org/10.1007/s11154-013-9256-6
5. Fruebis J, Tsao T-S, Javorschi S, et al. Proteolytic cleavage product of 30-kDa adipocyte complement-related protein increases fatty acid oxidation in muscle and causes weight loss in mice. Proc Natl Acad Sci USA. 2001;98:2005-2010. doi: https://doi.org/10.1073/pnas.041591798
6. Waki H, Yamauchi T, Kamon J, et al. Generation of globular fragment of adiponectin by leucocyte elastase secreted by monocytic cell line THP-1. Endocrinology. 2005;146:790-796. doi: https://doi.org/10.1210/en.2004-1096
7. Wang ZV, Scherer PE. DsbA-L is a versatile player in adiponectin secretion. Proc Natl Acad Sci U S A. 2008;105(47):18077-18078. doi: https://doi.org/10.1073/pnas.0810027105
8. Liu M, Xiang R, Wilk SA, et al. Fat-specific DsbA-L overexpression promotes adiponectin multimerization and protects mice from diet-induced obesity and insulin resistance. Diabetes. 2012;61(11):2776-2786. doi: https://doi.org/10.2337/db12-0169
9. Pajvani U, Du X, Combs T, et al. Structure-function studies of the adipocyte-secreted hormone Acrp30/adiponectin. J Biol Chem. 2003;278:9073-9085. doi: https://doi.org/10.1074/jbc.M207198200
10. Waki H, Yamauchi T, Kamon J, et al. Impaired multimerization of human adiponectin mutants associated with diabetes. Molecular structure and multimer formation of adiponectin. J Biol Chem. 2003;278(41):40352-40363. doi: https://doi.org/10.1074/jbc.M300365200.
11. Bueno AC, Sun K, Martins CS, et al. Antonini SR. A novel ADIPOQ mutation (p.M40K) impairs assembly of high-molecular-weight adiponectin and is associated with early-onset obesity and metabolic syndrome. J Clin Endocrinol Metab. 2014;99:E683-E693. doi: https://doi.org/10.1210/jc.2013-3009
12. Hug C, Wang J, Ahmad NS, et al. T-cadherin is a receptor for hexameric and high-molecular-weight forms of Acrp30/adiponectin. Proc Natl Acad Sci USA. 2004;101(28):10308-10313. doi: https://doi.org/10.1073/pnas.0403382101
13. Parker-Duffen J, Nakamura K, Silver M, et al. T-cadherin is essential for adiponectin-mediated revascularization. J Biol Chem. 2013;288:24886-24897. doi: https://doi.org/10.1074/jbc.M113.454835
14. Wanninger J, Liebisch G, Eisinger K, et al. Adiponectin isoforms differentially affect gene expression and the lipidome of primary human hepatocytes. Metabolites. 2014;4(2):394-407. doi: https://doi.org/10.3390/metabo4020394.
15. He Y, Lu L, Wei X, et al. The multimerization and secretion of adiponectin are regulated by TNF-alpha. Endocrine. 2016;51:456-468. doi: https://doi.org/10.1007/s12020-015-0741-4
16. Razgildina ND, Brovin DL, Pobozheva IA, et al. Adiponectine gene expression in subcutaneous and intra-abdominal adipose tissue in women with varying degrees of obesity. Tsitologiya. 2018;60:531-535. (In Russ.)]. doi: https://doi.org/10.31116/tsitol.2018.07.08
17. Fu Y, Luo N, Klein RL, Garvey WT. Adiponectin promotes adipocyte differentiation, insulin sensitivity, and lipid accumulation. J Lipid Res. 2005;46(7):1369-1379. doi: https://doi.org/10.1194/jlr.M400373-JLR200
18. Kim JY, van de Wall E, Laplante M, et al. Obesity-associated improvements in metabolic profile through expansion of adipose tissue. J Clin Invest. 2007;117:2621-2637. doi: https://doi.org/10.1172/JCI31021
19. Wu X, Motoshima H, Mahadev K, et al. Involvement of AMP-activated protein kinase in glucose uptake stimulated by the globular domain of adiponectin in primary rat adipocytes. Diabetes. 2003;52:1355-1363. doi: https://doi.org/10.2337/diabetes.52.6.1355
20. Qiao L, Kinney B, Schaack J, Shao J. Adiponectin inhibits lipolysis in mouse adipocytes. Diabetes. 2011;60(5):1519-1527. doi: https://doi.org/10.2337/db10-1017
21. Wedellova Z, Kovacova Z, Tencerova M, et al. The impact of full-length, trimeric and globular adiponectin on lipolysis in subcutaneous and visceral adipocytes of obese and non-obese women. PLoS One. 2013;8(6):e66783. doi: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0066783
22. Qiao L, Zou C, van der Westhuyzen DR, Shao J. Adiponectin reduces plasma triglyceride by increasing VLDL triglyceride catabolism. Diabetes. 2008;57:1824-1833. doi: https://doi.org/10.2337/db07-0435
23. Yamauchi T, Kamon J, Waki H, et al. The fat-derived hormone adiponectin reverses insulin resistance associated with both lipoatrophy and obesity. Nat Med. 2001;7(8):941-946. doi: https://doi.org/10.1038/90984
24. Bruce CR, Mertz VA, Heigenhauser GJF, Dyck DJ. The stimulatory effect of globular adiponectin on insulin-stimulated glucose uptake and fatty acid oxidation is impaired in skeletal muscle from obese subjects. Diabetes. 2005;54:3154-3160. doi: https://doi.org/10.2337/diabetes.54.11.3154
25. Ritchie IR, Dyck DJ. Rapid loss of adiponectin-stimulated fatty acid oxidation in skeletal muscle of rats fed a high fat diet is not due to altered muscle redox state. PLoS One. 2012;7(12):e52193. doi: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0052193
26. Maeda N, Shimomura I, Kishida K, et al. Diet-induced insulin resistance in mice lacking adiponectin/ACRP30. Nat Med. 2002;8(7):731-737. doi: https://doi.org/10.1038/nm724
27. Jung TW, Choi HY, Lee SY, et al. Salsalate and adiponectin improve palmitate-induced insulin resistance via inhibition of selenoprotein P through the AMPK-FOXO1α pathway. PLoS One. 2013;8(6):e66529. doi: https://doi.org/10.1371/journal.pone.0066529
28. Miller RA, Chu Q, Le Lay J, et al. Adiponectin suppresses gluconeogenic gene expression in mouse hepatocytes independent of LKB1-AMPK signaling. J Clin Invest. 2011;121:2518-2528. doi: https://doi.org/10.1172/JCI45942
29. Tschritter O, Fritsche A, Thamer C, et al. Plasma adiponectin concentrations predict insulin sensitivity of both glucose and lipid metabolism. Diabetes. 2003;52(2):239-243. doi: https://doi.org/10.2337/diabetes.52.2.239
30. Lara-Castro C, Luo N, Wallace P, et al. Adiponectin multimeric complexes and the metabolic syndrome trait cluster. Diabetes. 2006;55:249-259. doi: https://doi.org/10.2337/diabetes.55.01.06.db05-1105
31. Tanyanskiy DA, Firova EM, Shatilina LV, Denisenko AD. Role of adipokines and nonesterified fatty acids in the development of insulin resistance. Problems of Endocrinology. 2009;55(3):13-16. (In Russ.)]. doi: https://doi.org/10.14341/probl200955313-16
32. Hotta K, Funahashi T, Arita Y, et al. Plasma concentrations of a novel, adipose-specific protein, adiponectin, in type 2 diabetic patients. Arterioscler Thromb Vasc Biol. 2000;20:1595-1599. doi: https://doi.org/10.1161/01.atv.20.6.1595
33. Abbasi F, Chu J, Lamendola C, et al. Discrimination between obesity and insulin resistance in the relationship with adiponectin. Diabetes. 2004;53:585-590. doi: https://doi.org/10.2337/diabetes.53.3.585
34. Fisher EA, Feig JE, Hewing B, et al. High-density lipoprotein function, dysfunction, and reverse cholesterol transport. Arterioscler Thromb Vasc Biol. 2012;32(12):2813-2820. doi: https://doi.org/10.1161/ATVBAHA.112.300133
35. Matsuura F, Oku H, Koseki M, et al. Adiponectin accelerates reverse cholesterol transport by increasing high density lipoprotein assembly in the liver. Biochem Biophys Res Commun. 2007;358:1091-1095. doi: https://doi.org/10.1016/j.bbrc.2007.05.040
36. Salas-Salvadó J, Granada M, Bulló M, et al. Plasma adiponectin distribution in a Mediterranean population and its association with cardiovascular risk factors and metabolic syndrome. Metabolism. 2007;56(11):1486‐1492. doi: https://doi.org/10.1016/j.metabol.2007.06.014
37. Ma Y, Liu D. Hydrodynamic delivery of adiponectin and adiponectin receptor 2 gene blocks high-fat diet-induced obesity and insulin resistance. Gene Ther. 2013;20(8):846-852. doi: https://doi.org/10.1038/gt.2013.8
38. Liu Y, Palanivel R, Rai E, et al. Adiponectin stimulates autophagy and reduces oxidative stress to enhance insulin sensitivity during high-fat diet feeding in mice. Diabetes. 2015;64(1):36-48. doi: https://doi.org/10.2337/db14-0267
39. Nawrocki AR, Rajala MW, Tomas E, et al. Mice lacking adiponectin show decreased hepatic insulin sensitivity and reduced responsiveness to peroxisome proliferator-activated receptor gamma agonists. J Biol Chem. 2006;281(5):2654-2660. doi: https://doi.org/10.1074/jbc.M505311200
40. Qiao L, Kinney B, Yoo HS, et al. Adiponectin increases skeletal muscle mitochondrial biogenesis by suppressing mitogen-activated protein kinase phosphatase-1. Diabetes. 2012;61(6):1463-1470. doi: https://doi.org/10.2337/db11-1475
41. Urschel K, Cicha I. TNF-α in the cardiovascular system: from physiology to therapy. International Journal of Interferon, Cytokine and Mediator Research. 2015;7:9-25. doi: https://doi.org/10.2147/IJICMR.S64894
42. Holland WL, Miller RA, Wang ZV, et al. Receptor-mediated activation of ceramidase activity initiates the pleiotropic actions of adiponectin. Nat Med. 2011;17(1):55-63. doi: https://doi.org/10.1038/nm.2277
43. Tanabe H, Fujii Y, Okada-Iwabu M, et al. Crystal structures of the human adiponectin receptors. Nature. 2015;520(7547):312-316. doi: https://doi.org/10.1038/nature14301
44. Vasiliauskaité-Brooks I, Healey RD, Rochaix P, et al. Structure of a human intramembrane ceramidase explains enzymatic dysfunction found in leukodystrophy. Nat Commun. 2018;9(1):5437. doi: https://doi.org/10.1038/s41467-018-07864-w
45. Holland WL, Xia JY, Johnson JA, et al. Inducible overexpression of adiponectin receptors highlight the roles of adiponectin-induced ceramidase signaling in lipid and glucose homeostasis. Mol Metab. 2017;6(3):267-275. doi: https://doi.org/10.1016/j.molmet.2017.01.002
46. Straub LG, Scherer PE. Metabolic Messengers: Adiponectin. Nat Metab. 2019;1(3):334-339. doi: https://doi.org/10.1038/s42255-019-0041-z
47. Yamauchi T, Nio Y, Maki T, et al. Targeted disruption of AdipoR1 and AdipoR2 causes abrogation of adiponectin binding and metabolic actions. Nat Med. 2007;13:332-339. doi: https://doi.org/10.1038/nm1557
48. Tsuchida A, Yamauchi Т, Ito Y, et al. Insulin/Foxo1 pathway regulates expression levels of adiponectin receptors and adiponectin sensitivity. J Biol Chem. 2004;279:30817-30822. doi: https://doi.org/10.1074/jbc.M402367200
49. Mao X, Kikani CK, Riojas RA, et al. APPL1 binds to adiponectin receptors and mediates adiponectin signalling and function. Nat Cell Biol. 2006;8(5):516-523. doi: https://doi.org/10.1038/ncb1404
50. Deepa SS, Zhou L, Ryu J, et al. APPL1 mediates adiponectin-induced LKB1 cytosolic localization through the PP2A-PKCz signaling pathway. Mol Endocrinol. 2011;25:1773-1785. doi: https://doi.org/10.1210/me.2011-0082
51. Shaw RJ, Kosmatka M, Bardeesy N, et al. The tumor suppressor LKB1 kinase directly activates AMP-activated kinase and regulates apoptosis in response to energy stress. Proc Natl Acad Sci USA. 2004;101(10):3329-3335. doi: https://doi.org/10.1073/pnas.0308061100
52. Garcia D, Shaw RJ. AMPK: Mechanisms of cellular energy sensing and restoration of metabolic balance. Mol Cell. 2017;66(6):789-800. doi: https://doi.org/10.1016/j.molcel.2017.05.032
53. Li Y, Xu S, Mihaylova MM, et al. AMPK phosphorylates and inhibits SREBP activity to attenuate hepatic steatosis and atherosclerosis in diet-induced insulin-resistant mice. Cell Metab. 2011;13(4):376-388. doi: https://doi.org/10.1016/j.cmet.2011.03.009
54. Iwabu M, Yamauchi T, Okada-Iwabu M, et al. Adiponectin and AdipoR1 regulate PGC-1alpha and mitochondria by Ca(2+) and AMPK/SIRT1. Nature. 2010;464(7293):1313-1319. doi: https://doi.org/10.1038/nature08991
55. Xin X, Zhou L, Reyes CM, et al. APPL1 mediates adiponectin-stimulated p38 MAPK activation by scaffolding the TAK1-MKK3-p38 MAPK pathway. Am J Physiol Endocrinol Metab. 2011;300(1):E103-E110. doi: https://doi.org/10.1152/ajpendo.00427.2010
56. Varga T, Czimmerer Z, Nagy L. PPARs are a unique set of fatty acid regulated transcription factors controlling both lipid metabolism and inflammation. Biochim Biophys Acta. 2011;1812(8):1007-1022. doi: https://doi.org/10.1016/j.bbadis.2011.02.014
57. Wang C, Xin X, Xiang R, et al. Yin-Yang regulation of adiponectin signaling by APPL isoforms in muscle cells. J Biol Chem. 2009;284(46):31608-31615. doi: https://doi.org/10.1074/jbc.M109.010355
58. Wang C, Mao X, Wang L, et al. Adiponectin sensitizes insulin signaling by reducing p70 S6 kinase-mediated serine phosphorylation of IRS-1. J Biol Chem. 2007;282(11):7991-7996. doi: https://doi.org/10.1074/jbc.M700098200
59. Ahlstrom P, Rai E, Chakma S, et al. Adiponectin improves insulin sensitivity via activation of autophagic flux. J Mol Endocrinol. 2017;59(4):339-350. doi: https://doi.org/10.1530/JME-17-0096
60. Ryu J, Galan AK, Xin X, et al. APPL1 potentiates insulin sensitivity by facilitating the binding of IRS1/2 to the insulin receptor. Cell Rep. 2014;7:1227-1238. doi: https://doi.org/10.1016/j.celrep.2014.04.006
61. McGee SL, van Denderen BJ, Howlett KF, et al. AMP-activated protein kinase regulates GLUT4 transcription by phosphorylating histone deacetylase 5. Diabetes. 2008;57(4):860-867. doi: https://doi.org/10.2337/db07-0843
62. Montessuit C, Rosenblatt-Velin N, Papageorgiou I, et al. Regulation of glucose transporter expression in cardiac myocytes: p38 MAPK is a strong inducer of GLUT4. Cardiovasc Res. 2004;64(1):94-104. doi: https://doi.org/10.1016/j.cardiores.2004.06.005
63. Yoon YS, Ryu D, Lee MW, et al. Adiponectin and thiazolidinedione targets CRTC2 to regulate hepatic gluconeogenesis. Exp Mol Med. 2009;41(8):577-583. doi: https://doi.org/10.3858/emm.2009.41.8.063
64. Oh KJ, Han HS, Kim MJ, Koo SH. CREB and FoxO1: two transcription factors for the regulation of hepatic gluconeogenesis. BMB Rep. 2013;46(12):567-574. doi: https://doi.org/10.5483/bmbrep.2013.46.12.248
65. Cannavo A, Liccardo D, Komici K, et al. Sphingosine Kinases and Sphingosine 1-Phosphate Receptors: Signaling and Actions in the Cardiovascular System. Front Pharmacol. 2017;8:9. doi: https://doi.org/10.3389/fphar.2017.00556
66. Chavez JA, Summers SA. A ceramide-centric view of insulin resistance. Cell Metab. 2012;15(5):585-594. doi: https://doi.org/10.1016/j.cmet.2012.04.002
67. Балацкая М.Н., Балацкий А.В., Шаронов Г.В., Ткачук В.А. Т-кадгерин как новый рецептор, регулирующий метаболические процессы в клетках кровеносных сосудов и сердце: от структуры к функции // Журнал эволюционной биохимии и физиологии. — 2016. — Т. 52. — №2. — С. 93-105. doi: https://doi.org/10.1134/S0022093016020010
68. Fukuda S, Kita S, Obata Y, et al. The unique prodomain of T-cadherin plays a key role in adiponectin binding with the essential extracellular cadherin repeats 1 and 2. J Biol Chem. 2017;292(19):7840-7849. doi: https://doi.org/10.1074/jbc.M117.780734
69. Denzel MS, Scimia MC, Zumstein PM, et al. T-cadherin is critical for adiponectin-mediated cardioprotection in mice. J Clin Invest. 2010;120(12):4342-4352. doi: https://doi.org/10.1172/JCI43464
70. Matsuda K, Fujishima Y, Maeda N, et al. Positive feedback regulation between adiponectin and T-cadherin impacts adiponectin levels in tissue and plasma of male mice. Endocrinology. 2015;156(3):934-946. doi: https://doi.org/10.1210/en.2014-1618
71. Fujishima Y, Maeda N, Matsuda K, et al. Adiponectin association with T‐cadherin protects against neointima proliferation and atherosclerosis. FASEB J. 2017;31(4):1571-1583. doi: https://doi.org/10.1096/fj.201601064R
72. Kakino A, Fujita Y, Ke L-Y, et al. Adiponectin forms a complex with atherogenic LDL and inhibits its downstream effects. J Lipid Res. 2021;62:100001. doi: https://doi.org/10.1194/jlr.RA120000767
73. Cheng KK, Iglesias MA, Lam KS, et al. APPL1 potentiates insulin-mediated inhibition of hepatic glucose production and alleviates diabetes via Akt activation in mice. Cell Metab. 2009;9:417-427. doi: https://doi.org/10.1016/j.cmet.2009.03.013

Тонкая настройка клеточных сигналов путем гликозилирования | Журнал биохимии
Аннотация
Углеводы в гликопротеинах и гликосфинголипидах, экспрессируемые на мембране клеточной поверхности, играют решающую роль в определении судьбы клеток, участвуя в тонкой настройке клеточной передачи сигналов в качестве реакционных молекул на передней линии на различные внешние стимуляторы. В гликопротеинах модификация белков осуществляется путем замены сахарных цепей на один или несколько участков отдельных белков, что приводит к количественным и качественным изменениям функций рецепторов в клеточной мембране.Что касается гликосфинголипидов, большинство из них состоит из двух частей, то есть углеводов и церамидов, и локализованы в микродоменах, таких как липидные рафты или микродомены, устойчивые к детергентам. Они генерируют и / или модулируют клеточные сигналы для определения судьбы клеток, взаимодействуя с различными распознающими углеводы белками. Способы гликозилирования и механизмы, с помощью которых гликозилирование участвует в регуляции клеточных сигналов, в настоящее время являются горячими темами в гликобиологии.
Прошло много времени с тех пор, как были продемонстрированы факты, что основные факторы, участвующие в развитии рака, состоят из генной мутации на хромосоме, делеции гена или амплификации гена.В частности, теория «многоступенчатого онкогенеза», например Накопленные изменения нескольких генов в клетках, приводящие к развитию рака, получили широкое признание (1) с раком толстой кишки в качестве репрезентативных примеров. В ходе этих исследований было продемонстрировано участие многих онкогенов и генов-супрессоров. Одновременно хорошо изучено влияние генетического фона и внешних факторов, таких как мутагенные химические вещества, ультрафиолетовое излучение и облучение, а также инфекционных сред, таких как вирусы, и биологических факторов, таких как хромосомная транслокация, в развитии рака (2).Кроме того, помимо изменений в экспрессии и функции генов, основанных на измененных последовательностях оснований, было продемонстрировано, что химическая модификация ДНК, такая как метилирование ДНК, и гистоновых белков, такие как метилирование, ацетилирование и фосфорилирование, участвует в регуляции гена. экспрессия, и эта химическая модификация из-за внешних факторов, как сообщается, передается дочерним клеткам (3).
Эти факты указывают на то, что ДНК и ее регуляторные факторы в ядрах играют решающую роль в выражении клеточных функций не только при раке, но и во многих других клетках в качестве «плеймейкера».
Тем не менее, взаимодействия, происходящие на периферических участках и на поверхности клетки с внешними факторами, являются прямыми и решающими событиями в определении клеточных ответов и судьбы. Результат происходящих здесь различных явлений передается ядрам в виде сигналов и сильно влияет на содержание и особенности генетической информации в ядрах. В частности, углеводы в сложных углеводах, таких как гликопротеины и гликолипиды на клеточной мембране, должны функционировать как эффекторные молекулы и / или части эффекторных молекул в ответах на изменения окружающей среды и внешние стимуляторы для тонкой настройки передачи сигналов (4).Недавно было сообщено о ряде таких примеров, и механизмы этих регуляций с гликозилированием весьма разнообразны.
В этом обзоре мы попытаемся представить недавние заметные отчеты в этой области и вывести общие научные принципы, разделяемые независимыми исследованиями, с акцентом на регуляцию клеточной передачи сигналов и ее влияние на отдельные функции клеток.
Типы гликозилирования и их значение
Среди сложных углеводов есть гликопротеины и некоторые протеогликаны, которые проникают через двухслойную липидную мембрану, а также гликосфинголипиды и гликозилфосфоинозитидные (GPI) -зависимые белки, которые закреплены во внешнем слое мембраны.Почти во всех случаях углеводы прикрепляются к внешней части мембранных молекул. Когда N -гликаны не могут быть прикреплены к мембранным белкам по некоторым причинам, эти белки часто не могут быть экспрессированы на поверхности клетки.
Вообще говоря, важность углеводов в функциях гликопротеинов относительно низка в N -гликанах, поскольку функции белков-носителей являются преобладающими, а гликозилирование часто играет роль модулятора функций белка.В случае O -гликанов роль углеводов обычно является доминирующей. Что касается протеогликанов, химическая структура, длина сахарных цепей и характер сульфатирования углеводов более важны для их биологических функций, чем ядерные пептиды. Более того, нередко коровые белки не связаны с гликозаминогликанами.
Углеводы-опосредованная передача сигналов через внешние и внутренние факторы
Когда некоторые сложные углеводы выполняют функции, это становится возможным только при наличии молекул лиганда, которые распознают определенные структуры углеводов и связываются с ними.На сегодняшний день идентифицирован ряд семейств эндогенных лектинов (5), таких как селектины, галектины, сиглекы и лектины С-типа, и их функции исследуются. Однако для большинства из них, за исключением некоторых лектинов, таких как селектины, неясно их специфичность связывания. В свою очередь, мы должны сказать, что не было определенных белков эндогенных лигандов, которые специфически распознают индивидуальные углеводные структуры. С другой стороны, хорошо известно, что некоторые токсины, полученные из бактерий, распознают определенные сахарные цепи, особенно цепи гликолипидов, и используют их в качестве своих рецепторов.Высокая специфичность взаимодействия между токсинами и гликолипидами хорошо известна, а функциональные процессы токсического воздействия через эти рецепторы хорошо изучены (6). Например, GM1 для холерного токсина, ганглиозиды серии b для столбнячного токсина, Gb3 / CD77 для шига-подобного токсина (веротоксина) хорошо известны, и некоторые из них используются в экспериментальной и клинической областях (7 , 8). Хотя неясно, почему специфичность связывания углеводных структур с внутренними лигандами не определена по сравнению со специфичностью связывания с внешними факторами, слабое связывание между углеводами и молекулами эндогенного лиганда с постепенной интенсивностью может иметь выгодные аспекты для нашего организма.Также кажется правдой, что до сих пор мы не обязательно предпринимали систематические усилия по поиску молекул лигандов для индивидуальных структур углеводов. Следовательно, вполне вероятно, что в будущем будут найдены внутренние молекулы, распознающие углеводы.
Регулирование функций белков присоединенными углеводами
Был проведен ряд исследований роли углеводов в мембранных гликопротеинах как механизмов регуляции функций белков.Здесь мы представим известные исследования, выполненные в последнее время. Ohtsubo et al. продемонстрировал, что модификация N -гликанов на Glut-2, который является важным эффектором инсулина, с помощью GnT-IVa регулирует локализацию и функцию молекулы (9). Что касается механизмов, они показали, что факторы транскрипции, такие как Foxa3 и Hnf1a, регулируют уровни экспрессии GnT-IVa, определяя уровни сахара в крови и жирных кислот. С другой стороны, группа Танигучи продемонстрировала, что две основные модификации гликанов N , т.е.е. биссектрисы с GnT-III и тетра-антенарные структуры с GnT-V играют роль переключателя для определения злокачественности раковых клеток (10). Кроме того, они обнаружили, что присутствие или отсутствие коровой фукозы в начальном сайте N -гликанов регулирует функцию рецепторов TGFβ, а дефект фукозилирования вызывает эмфизему (11). Gu et al. сообщил, что N -гликановые структуры на интегринах играют роль в регуляции количества и качества сигналов адгезии (12).
Регуляция передачи клеточных сигналов гликосфинголипидами
Известно, что GM1 усиливает сигналы дифференцировки, опосредованные NGF / TrkA в нейрональных клетках, и защищает сигналы апоптоза, вызванные сывороточной депривацией (13). Эти результаты были получены в экспериментах, в которых экзогенный GM1 добавляли к культивируемой линии клеток феохромоцитомы крысы, PC12 (13). С другой стороны, клеточные линии PC12, трансфицированные кДНК GM1 / GD1b / GA1synthase, показали, что GM1 скорее подавляет сигналы дифференцировки с помощью NGF (14).В этом случае фосфорилирование и димеризация TrkA после стимуляции NGF были сильно подавлены, и реакция фосфорилирования Erk1 / 2 также была заметно подавлена. Более интересно, что сверхэкспрессия GM1 приводит к сдвигу TrkA с липидных рафтов на нелипидные рафты, подтверждая, что эти изменения во внутриклеточной локализации TrkA могут быть основной причиной пониженной передачи сигналов NGF.
Что касается сигналов роста, экспрессия GM1 привела к подавлению роста клеток и сигналов роста, вызванных экзогенной стимуляцией в Swiss 3T3 (15), раке легких Льюиса (LLC) (16) и SK-MEL-37 (17).В LLC GM1 также подавлял метастатический потенциал (16), что указывает на то, что GM1 и GM1-синтаза обычно подавляет злокачественные свойства раковых клеток. Кроме того, подавление генов GM1-синтазы в родительской клетке LLC привело к усилению клеточного роста, инвазии и метастатического потенциала (16), что свидетельствует о подавляющей функции GM1 в отношении злокачественных свойств. Вместе с эффектами GM1 в клетках PC12 был сделан вывод, что экспрессия GM1-синтазы нарушает сборку сигнальных молекул в липидных рафтах и подавляет сигналы роста / дифференцировки.Кроме того, не только GM1, но и GM2 также подавляли метастатический потенциал LLC за счет снижения уровней фосфорилирования FAK (18). Этот результат подтвердил, что моносиалильные ганглиозиды обычно подавляют фенотипы рака, как показано на рис. 1.
Рис. 1
Противоположные эффекты экспрессии гликосфинголипидов на фенотипы клеток были обнаружены между моносиалильными и тандемными дисиалильными соединениями. Mouse Swiss 3T3, рак легких Льюиса и меланома человека SK-MEL-37 показали подавленные фенотипы при введении кДНК GM1-синтазы.Метастатический потенциал также подавлялся при раке легких Льюиса, что позволяет предположить, что экспрессия GM1-синтазы приводит раковые клетки к довольно подавленным злокачественным свойствам. С другой стороны, дисиалильные соединения обычно усиливают рост и инвазию клеток и активируют родственные сигнальные молекулы. Этот рисунок был воспроизведен с модификацией рисунка 1 в Experimental Medicine (Extra Issue), Vol. 30, No. 5, pp113, 2012 с разрешения Yodosha Co., Ltd, Токио, Япония.
Рис. 1
Противоположные эффекты экспрессии гликосфинголипидов на фенотипы клеток были обнаружены между моносиалильными и тандемными дисиалильными соединениями. Mouse Swiss 3T3, рак легких Льюиса и меланома человека SK-MEL-37 показали подавленные фенотипы при введении кДНК GM1-синтазы. Метастатический потенциал также подавлялся при раке легких Льюиса, что позволяет предположить, что экспрессия GM1-синтазы приводит раковые клетки к довольно подавленным злокачественным свойствам. С другой стороны, дисиалильные соединения обычно усиливают рост и инвазию клеток и активируют родственные сигнальные молекулы. Этот рисунок был воспроизведен с модификацией рисунка 1 в Experimental Medicine (Extra Issue), Vol.30, No. 5, pp113, 2012 с разрешения Yodosha Co., Ltd, Токио, Япония.
Hakomori et al. сообщил, что ганглиозид GM3 подавляет функции рецептора EGF и его сигналы фосфорилирования при стимуляции EGF (19). Аналогичным образом Inokuchi et al. сообщил, что экспрессия GM3 в жировой ткани подавляет функции рецепторов инсулина (20). Взяв все эти данные вместе, предполагается, что моносиалильные соединения обычно подавляют клеточные сигналы с небольшими различиями в их механизмах.
Все эти результаты хорошо контрастируют с функциями дисиалилгликолипидов, которые будут описаны ниже (рис. 1).
Усиление сигналов роста и сигналов адгезии дисиалил ганглиозидов
Наша группа изучала функции дисиалилгликолипидов тандемного типа в основном при злокачественных меланомах. Прежде всего, ганглиозиды GD3, GD2 и GM2 считались связанными с раком углеводными антигенами и ожидались в качестве молекул-мишеней терапевтических средств против рака.Мы проанализировали влияние GD3 на меланомы человека, установив трансфектантные клетки кДНК GD3-синтазы в GD3-отрицательный мутант SK-MEL-28 (N1). Были изучены результирующие изменения злокачественных свойств и передачи клеточных сигналов, вызванные неоэкспрессией GD3. Следовательно, было продемонстрировано, что уровни фосфорилирования адапторных молекул, p130Cas, паксиллина или FAK (киназа фокальной адгезии) были сильно увеличены в клетках GD3 + (21). Кроме того, киназа семейства Src, да, конститутивно активирована и прочно связана с p130Cas и FAK в клетках GD3 + (22).Более высокое количество Yes было обнаружено в липидных рафтах в клетках GD3 +, чем в клетках GD3-, даже до какой-либо стимуляции. Что касается сигналов адгезии, было продемонстрировано, что сигналы адгезии через интегрины сильно усиливаются на основании сдвигов интегринов в липидные рафты и на кластерное образование интегринов в липидных рафтах при экспрессии GD3 (23). Интересно, что было показано, что сосуществование сигналов стимуляции роста и адгезии важно для фосфорилирования тирозина p130Cas и паксиллина. Эти результаты предполагают, что сигналы от рецепторов фактора роста и от рецепторов адгезии сливаются и сходятся при экспрессии GD3, что приводит к генерации гораздо более сильных сигналов, чем сигналы, полученные от любого из сигнальных путей (рис.2).
Рис. 2
Два основных сигнальных пути сливаются и сходятся при экспрессии GD3 в клетках меланомы. GD3 локализован в липидных рафтах, играя роль в конвергенции сигналов роста и сигналов адгезии, чтобы генерировать значительную величину злокачественных сигналов в меланомах. Этот рисунок был воспроизведен с модификацией рисунка 2 в Experimental Medicine (Extra Issue), Vol. 30, No. 5, pp114, 2012 с разрешения Yodosha Co., Ltd, Токио, Япония.
Рис. 2
Два основных сигнальных пути сливаются и сходятся при экспрессии GD3 в клетках меланомы. GD3 локализован в липидных рафтах, играя роль в конвергенции сигналов роста и сигналов адгезии, чтобы генерировать значительную величину злокачественных сигналов в меланомах. Этот рисунок был воспроизведен с модификацией рисунка 2 в Experimental Medicine (Extra Issue), Vol. 30, No. 5, pp114, 2012 с разрешения Yodosha Co., Ltd, Токио, Япония.
С другой стороны, наша группа продемонстрировала, что уникальный ганглиозид GD2 экспрессируется при мелкоклеточном раке легких (SCLC) (24).С другой стороны, немелкоклеточный рак легкого (NCLC) экспрессировал GM2. Существенным различием между SCLC и NSCLC с точки зрения основного гликозилирования была специфическая экспрессия GD3-синтазы в SCLC. Как показано в исследовании меланомы, экспрессия GD2 в SCLC приводит к усилению роста клеток и активности инвазии. Поразительное различие между меланомами и SCLC заключалось в том, что антитела против GD2 вызывали апоптоз в клетках SCLC (25). Связывание моноклональных антител против GD2 запускало дефосфорилирование FAK, что приводило к активации p38 и, наконец, к индукции аноикиса.Delannoy et al. также исследовал влияние экспрессии GD2 в клетках рака груди человека на их раковые фенотипы (26). Они показали, что экспрессия GD2 индуцирует фосфорилирование c-Met независимо от HGF, и это уникальная функция GD2, а не GD3.
Регуляторные механизмы передачи клеточных сигналов на липидных рафтах
Все эти результаты, описанные выше, трудно понять без рассмотрения липидных рафтов на клеточной мембране. В частности, гликосфинголипиды являются одним из основных резидентных компонентов липидных рафтов, и тот факт, что изменения углеводной части гликолипидов решающим образом влияют на архитектуру и функции липидных рафтов, были продемонстрированы в ряде исследований (27).Первоначально предполагалось, что основными функциями липидных рафтов являются участки мембранного транспорта, метаболизма холестерина, эндоцитоза и т. Д. (28). В последнее время заметно накопилось количество сообщений о его роли в регуляции передачи сигналов и в разгадывании различных инфекций (29). Хотя были аргументы в пользу двусмысленности концепции о липидных рафтах, особенно о дефектах визуализации молекулярных комплексов на поверхности живых клеток (30), анализы на основе липидных рафтов получили огромное развитие благодаря прогрессу в химическом анализе липидов. структур и в визуализации мембранных молекул с помощью визуализации одной молекулы (31).Следовательно, понимание полиморфной природы липидных рафтов и их иерархической архитектуры значительно продвинулось. Simons et al. классифицирует процессы образования липидных рафтов на три фазы (32), а именно, фаза 1: сборка в наномасштабе, состояние покоя; Фаза 2: платформа для плотов, активированные, плотные группы; Фаза 3, фаза рафта, большое скопление плотов (рис. 3). В этой фазе 2 происходит сдвиг белков в липидные рафты и их взаимодействия с липидами, олигомеризация и активация, и эти взаимодействия между углеводами на гликолипидах и их белками-лигандами генерируют важные сигналы.Более того, липидные рафты в раковых клетках, по-видимому, уже находятся в этой фазе 2. Как описано выше, клетки меланомы, экспрессирующие GD3, считаются именно в этой ситуации.
Рис. 3
Три фазы образования липидных рафтов. Процессы образования липидных рафтов подразделяются на три фазы в зависимости от сборки белковых молекул и размеров микродоменов (31). Фаза 1: сборка в наномасштабе, состояние покоя; Фаза 2: платформа для плотов, активированные, плотные группы; Фаза 3: фаза плота, большая группа плотов.Изменено из Ref. (31). Этот рисунок был воспроизведен с модификацией рисунка 3 в Experimental Medicine (Extra Issue), Vol. 30, No. 5, pp115, 2012 с разрешения Yodosha Co., Ltd, Токио, Япония.
Рис. 3
Три фазы образования липидных рафтов. Процессы образования липидных рафтов подразделяются на три фазы в зависимости от сборки белковых молекул и размеров микродоменов (31). Фаза 1: сборка в наномасштабе, состояние покоя; Фаза 2: платформа для плотов, активированные, плотные группы; Фаза 3: фаза плота, большая группа плотов.Изменено из Ref. (31). Этот рисунок был воспроизведен с модификацией рисунка 3 в Experimental Medicine (Extra Issue), Vol. 30, No. 5, pp115, 2012 с разрешения Yodosha Co., Ltd, Токио, Япония.
Регуляция сигналов дифференцировки и роста протеогликановыми гликозаминогликанами
Давно известно, что протеогликаны регулируют сигналы дифференцировки и роста клеток, образуя молекулярные комплексы с факторами роста и их рецепторами на мембране клеточной поверхности (33).Однако в настоящий момент не обязательно ясно, являются ли эти молекулярные комплексы механизмом, способствующим связыванию различных факторов роста с их рецепторами или облегчающим доступ факторов к рецепторам и их сборку. Они могут быть своего рода устройством для хранения факторов. Вероятно, все эти объяснения могут выражать истинные аспекты фактов, но неизвестные факторы и неизвестные механизмы должны существовать и регулировать разумное комплексное образование и его деградацию.В частности, очень ожидается выяснение систем физиологической деградации гликозаминогликанов.
Заключение
Все результаты, описанные выше, предполагают, что «гликозилирование» играет роль тонкого регулятора клеточной передачи сигналов. Однако «точный» не обязательно означает, что диапазон настройки минимален. Мы думаем, что «мелкие» изменения химической структуры углеводов часто могут приводить к драматическим изменениям. Недавно Contreras et al. сообщил, что заякоренные в мембране белки содержат общий мотив связывания с определенными формами шинголипидов в трансменбранных доменах (34).Эти результаты убедительно подтверждают наши выводы о том, что мембранные белки накапливаются в липидных рафтах и эффективно трансдуцируют клеточные сигналы во время введения сигнала, а гликосфинголипиды модулируют эти процессы, как описано выше. Их результаты конкретно предполагают механизмы регуляции сигналов с помощью гликосфинголипидов. На сегодняшний день существенная основа концепции липидных рафтов остается слабой. Но кажется, что это становится все более реалистичным с очевидными экспериментальными доказательствами. В этих процессах в настоящее время все больше признается важность гетерогенных липидных структур в церамидных частях, а также углеводной части.Таким образом, теперь выясняется значение целых структур отдельных гликолипидов в их уникальных функциях.
Конфликт интересов
Не объявлено.
Список литературы
1,.
Генетические изменения в последовательности аденома – карцинома
,
Рак
,
1992
, vol.
70
(стр.
1727
—
1731
) 2,.
Ультрафиолетовое излучение и меланома: систематический обзор и анализ представленных вариантов последовательности
,
Hum.Мутат.
,
2007
, т.
28
(стр.
578
—
588
) 3,.
Эпигенетические механизмы и рак: интерфейс между окружающей средой и геномом
,
Эпигенетика
,
2011
, т.
6
(стр.
804
—
819
) 4,.
Сфинголипиды как модуляторы рецепторов. Обзор
,
Ann. NY Acad. Sci.
,
1998
, т.
845
(стр.
57
—
71
) 5,.
Эндогенные лиганды лектиновых рецепторов С-типа: истинные регуляторы иммунного гомеостаза
,
Иммунол. Ред.
,
2009
, т.
230
(стр.
22
—
37
) 6.
Роль мембранных ганглиозидов в связывании и действии бактериальных токсинов
,
J. Membr. Биол.
,
1982
, т.
69
(стр.
85
—
97
) 7,.
Ботулинический токсин: механизмы действия
,
Eur. Neurol.
,
2005
, т.
53
(стр.
3
—
9
) 8,,,,,,,,,,.
Направленное нарушение гена синтазы Gb3 / CD77 привело к полной делеции гликосфинголипидов серии глобо и потере чувствительности к веротоксинам
,
J. Biol. Chem.
,
2006
, т.
281
(стр.
10230
—
10235
) 9,,,.
Путь к диабету через ослабление гликозилирования бета-клеток поджелудочной железы и транспорта глюкозы
,
Nat.Med.
,
2011
, т.
17
(стр.
1067
—
1075
) 10,,,,,,.
Функциональная роль N -гликанов в передаче сигналов и клеточной адгезии при раке
,
Cancer Sci.
,
2008
, т.
99
(стр.
1304
—
1310
) 11,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,.
Нарушение регуляции активации рецептора TGF-бета1 приводит к аномальному развитию легких и эмфиземоподобному фенотипу у мышей с недостаточностью фукозы в ядре
,
Proc.Natl Acad. Sci. США
,
2005
, т.
102
(стр.
15791
—
15796
) 12,.
Потенциал N -гликана в клеточной адгезии и миграции в качестве положительного или отрицательного регулятора
,
Cell Adh Migr.
,
2008
, т.
2
(стр.
243
—
245
) 13,,,,.
Ганглиозид GM1 связывается с белком Trk и регулирует функцию рецептора
,
Proc. Natl Acad. Sci. США
,
1995
, т.
92
(стр.
5087
—
5091
) 14,,,,,,,.
Сверхэкспрессия GM1 подавляет сигналы фактора роста нервов (NGF), модулируя внутриклеточную локализацию рецепторов NGF и текучесть мембран в клетках PC12
,
J. Biol. Chem.
,
2004
, т.
279
(стр.
33368
—
33378
) 15,,,,,.
Сверхэкспрессия ганглиозида GM1 приводит к диспергированию рецептора тромбоцитарного фактора роста из микродоменов, обогащенных гликолипидом, и к подавлению сигналов клеточного роста
,
J.Биол. Chem.
,
2002
, т.
277
(стр.
11239
—
11246
) 16,,,,,.
Метастатический потенциал клеток рака легких Льюиса мышей регулируется с помощью ганглиозида GM1 путем модуляции локализации матриксной металлопротеазы-9 в липидных рафтах
,
J. Biol. Chem.
,
2006
, т.
281
(стр.
18145
—
18155
) 17,,,,,,,,,,.
Экспрессия синтазы GM1 / GD1b / GA1 приводит к уменьшению фенотипов рака с модуляцией состава и рафт-локализации ганглиозидов в клеточной линии меланомы
,
Cancer Sci.
,
2010
, т.
101
(стр.
2039
—
2047
) 18,,,,,,.
Подавление метастазов в легкие мышиного рака легкого Льюиса P29 с трансфекцией гена ганглиозид GM2 / GD2-синтазы
,
Int. J. Cancer
,
2003
, т.
103
(стр.
169
—
176
) 19,,.
Влияние липидных миметиков GM3 и димера лизо-GM3 на тирозинкиназу рецептора EGF и передачу сигнала, индуцированную EGF
,
Biochim.Биофиз. Acta.
,
2008
, т.
1780
(стр.
393
—
404
) 20.
Инсулинорезистентность как нарушение микродоменных мембран
,
Якугаку Засси
,
2007
, т.
127
(стр.
579
—
586
) 21,,,,,,,,,,,.
Ганглиозид GD3 способствует росту и инвазии клеток через p130Cas и паксиллин в клетки злокачественной меланомы
,
Proc. Natl Acad. Sci. США
,
2005
, т.
102
(стр.
11041
—
11046
) 22,,,,,,,,,,,.
Функциональная активация киназы семейства Src белка yes является важным для усиления злокачественных свойств клеток меланомы человека, экспрессирующих ганглиозид GD3
,
J. Biol. Chem.
,
2011
, т.
286
(стр.
18526
—
18537
) 23,,,,,,,,,.
Ганглиозид GD3 усиливает сигналы адгезии и усиливает злокачественные свойства клеток меланомы за счет рекрутирования интегринов на обогащенные гликолипидом микродомены
,
J.Биол. Chem.
,
2010
, т.
285
(стр.
27213
—
27223
) 24,,,,,.
Ганглиозид G (D2) в клеточных линиях мелкоклеточного рака легкого: усиление клеточной ролиферации и опосредование апоптоза
,
Cancer Res.
,
2001
, т.
61
(стр.
4244
—
4252
) 25,,,,,,,.
Механизмы апоптоза клеток мелкоклеточного рака легкого, индуцированного моноклональными антителами против GD2: роль аноикиса
,
J.Биол. Chem.
,
2005
, т.
280
(стр.
29828
—
29836
) 26,,,,,,,,,. Экспрессия
GD3-синтазы усиливает пролиферацию и рост опухоли клеток рака молочной железы MDA-MB-231 посредством активации c-Met
,
Мол. Cancer Res.
,
2010
, т.
8
(стр.
1526
—
1535
) 27,,,,,,.
Ганглиозиды играют ключевую роль в регуляции систем комплемента и в поддержании целостности нервных тканей
,
Proc.Natl Acad. Sci. США
,
2009
, т.
106
(стр.
22405
—
22410
) 28,.
Функциональные рафты в клеточных мембранах
,
Nature
,
1997
, т.
387
(стр.
569
—
572
) 29,.
Использование нанокластеров плазматической мембраны для построения улучшенных сигнальных цепей
,
Trends Cell Biol.
,
2008
, т.
18
(стр.
364
—
371
) 30.
Липидные плотики: неуловимые или иллюзорные?
,
Ячейка
,
2003
, т.
115
(стр.
377
—
388
) 31,,,,,.
GPI-заякоренные рецепторные кластеры временно привлекают Lyn и Galpha для временной иммобилизации кластера и активации Lyn: исследование отслеживания одиночных молекул 1
,
J. Cell Biol.
,
2007
, т.
177
(стр.
717
—
730
) 32,.
Восстанавливающие мембранные рафты: новые инструменты и идеи
,
Nat. Rev. Mol. Cell Biol.
,
2010
, т.
11
(стр.
688
—
699
) 33,,,,,.
Ферментативное ремоделирование протеогликанов гепарансульфата в микросреде опухоли: регуляция роста и перспективы новых методов лечения рака
,
J. Cell Biochem.
,
2005
, т.
96
(стр.
897
—
905
) 34,,,,,,,,,,,.
Молекулярное распознавание одного вида сфинголипидов трансмембранным доменом белка
,
Nature
,
2012
, vol.
481
(стр.
525
—
529
)
© Авторы, 2012 г. Опубликовано издательством Oxford University Press от имени Японского биохимического общества. Все права защищены
Углеводно-зависимая передача сигналов от микродомена на основе фосфатидилглюкозидов индуцирует гранулоцитарную дифференцировку клеток HL60
Abstract
Гликосфинголипиды образуют гликосфинголипидные сигнальные микродомены. Здесь мы сообщаем о нераспознанном типе липидного микродомена на основе фосфатидилглюкозида (PhGlc) в клетках HL60.Обработка клеток rGL-7, который предпочтительно реагирует с PhGlc, индуцировала дифференцировку клеток HL60. Это проявлялось в появлении нитросиновых тетразолий-положительных клеток вместе с экспрессией CD38 и подавлением c-Myc. Мы определили молекулярные механизмы, лежащие в основе ранних стадий передачи сигнала. Обработка rGL-7 индуцировала быстрое фосфорилирование тирозина протеинкиназ семейства Src Lyn и Hck. Снижение эндогенного холестерина после применения метил-β-циклодекстрина подавляло стимулированное rGL-7 фосфорилирование тирозина.Фосфорилированные белки и PhGlc совместно локализовались в нерастворимой фракции легкой плавучести Triton X-100 после ультрацентрифугирования лизатов клеток HL60 в градиенте сахарозы. Это указывает на то, что микродомен на основе PhGlc участвует в передаче сигналов GL-7. Лигирование известных компонентов микродоменов, таких как сфингомиелин и ганглиозид GM1, с соответствующими антителами не привело к дифференцировке и фосфорилированию тирозина. Эти результаты показывают, что PhGlc составляет ранее не описанный сигнальный домен липидов, а остаток глюкозы в PhGlc является критическим для организации углевод-зависимого сигнального домена, участвующего в клеточной дифференцировке клеток HL60.
В большинстве клеток позвоночных большинство гликосфинголипидов (GSLs) локализованы во внешнем листке плазматической мембраны, образуя микродомены (1-3). Концепция микродоменов возникла в результате многочисленных исследований в течение двух десятилетий. Четыре направления исследований были особенно важными: ( i ) кластеризация GSL (4), ( ii ) нерастворимые в детергенте свойства кластеризованных GSL (5), ( iii ) ассоциация сигнальных преобразователей с комплексом гликозилфосфатидилинозитола ( GPI) -защищенные белки, GSL и кавеолин (6, 7) и ( iv ) поляризованное присутствие микродоменов на апикальной поверхности клетки (8).Смеси микродоменов по-разному называются нерастворимой в детергенте мембраной (DIM) (5), обогащенной гликолипидом мембраной (9), кавеолами (10) или рафтом (1).
GSLs в микродоменах выполняют множество функций (например, рецепторы токсинов, клеточную адгезию, модуляторы роста клеток и инициаторы передачи сигнала) (11–14). Интересно, что киназы семейства Src во внутренней створке микродомена могут быть активированы посредством поверхностных доменов GSL (для обзора см. Ссылки 13 и 14).
Поскольку существует огромное молекулярное разнообразие мембранных липидов, существование не-GSL липидных доменов вполне возможно (15).Несмотря на существование многих исследований, посвященных характеристике мембранных липидных доменов, точный состав этих доменов до сих пор полностью не выяснен. В настоящем исследовании мы описываем гликолипид, фосфатидилглюкозид (PhGlc), который присутствует во фракциях DIM из линии промиелоцитарных клеток HL60. Этот липид был впервые выделен из эритроцитов пуповины человека (эритроцитов) в качестве антигена, детектируемого человеческим моноклональным антителом (GL-2) против антигена группы крови, т.е.Исследования с использованием GL-2 неожиданно показали, что одним из антигенов-мишеней был не GSL, а скорее щелочно-лабильный липид. Мы выделили этот липид из эритроцитов пуповины человека и идентифицировали его как PhGlc (16). Чтобы проанализировать роль PhGlc, мы приготовили рекомбинантный Fab-фрагмент из GL-2, который специфически реагирует с PhGlc. Этот моновалентный белок (rGL-7) представляет собой мощный инструмент для изучения распределения и биологических функций PhGlc. Действительно, используя rGL-7, мы идентифицировали PhGlc как член липидных сигнальных доменов в клетках HL60.Стимуляция PhGlc с помощью rGL-7 в клетках HL60 приводила к быстрому фосфорилированию киназ семейства Src, что приводило к усилению и понижению регуляции экспрессии CD38 и c-Myc. Однако стимуляция липидных доменов антителами против GM1 и сфингомиелина (SM) не вызывала клеточной дифференцировки. Обсуждается важность глюкозного остатка PhGlc в формировании функциональных липидных доменов.
Материалы и методы
Ячейки. Клетки промиелоцитарной клеточной линии человека HL60 культивировали в полной бессывороточной среде E-RDF (Kyokuto Pharmaceutical, Tokyo), дополненной средой инсулин-трансферрин-селенит натрия (Sigma), 100 мкг / мл стрептомицина и 100 единиц / мл. пенициллин.Клетки культивировали при 37 ° C в увлажненной атмосфере с 5% CO ₂.
Иммунофлуоресценция. Клетки фиксировали 3% параформальдегидом в PBS в течение 20 минут при комнатной температуре, гасили 50 мМ NH ₄ Cl и затем блокировали 0,2% желатином в PBS. Клетки инкубировали в течение ночи с mAb GL-2 при 4 ° C, затем с FITC-конъюгированным антителом против человеческого IgM (EY Laboratories) и холерным токсином, конъюгированным с Alexa 594 (Molecular Probes) или моноклональным анти-SM, Vj41 (17).SM визуализировали путем инкубации клеток с конъюгированным с Alexa 546 антимышиным IgM (Molecular Probes). Клетки исследовали с помощью конфокального микроскопа Zeiss LSM 510, оснащенного масляным ДИК-объективом Plan-Apochromat × 100.
Получение рекомбинантного Fab-фрагмента GL-2 rGL-7. Моноклональное человеческое антитело против GL-2 получали с использованием in vitro трансформации нормальных периферических лимфоцитов человека вирусом Эпштейна-Барра (18). Тотальную РНК выделяли из этих трансформированных клеток, и кДНК Fab-фрагмента амплифицировали с помощью ОТ-ПЦР с использованием праймеров для μ- и κ-цепей Ig (19, 20).Амплифицированные ДНК лигировали в вектор pFab1-His-2 (21). Полученную неочищенную плазмидную ДНК трансформировали в компетентные клетки Escherichia coli JM109, и все полученные клоны оценивали с помощью ELISA на активность против PhGlc. Клон, который показал самый сильный сигнал ELISA, был выбран и назван rGL-7.
Бактериальные клетки выращивали в 200 мл среды SOB, собирали и затем лизировали ультразвуком в 2 мл раствора реагента экстракта бактериального белка (B-PER, Pierce) с добавлением 1 мМ фенилметилсульфонилфторида и 100 мкг / мл лейпептина.Fab-белок в лизате B-PER очищали с использованием гелевой колонки Immunoassist MGPP (Kanto Kagaku, Tokyo). Активность против PhGlc проверяли с помощью ELISA с использованием частично очищенного экстракта эритроцитов пуповины в качестве антигена. Положительные фракции объединяли и использовали в качестве рекомбинантного Fab-антитела rGL-7. Выход очищенного rGL-7 составил ≈38–63 мкг / мл. Анализ SDS / PAGE показал, что очищенный Fab-фрагмент был по существу гомогенным (не показано). Аминокислотные последовательности вариабельных областей тяжелой и легкой цепей представлены на рис.1. Для иммуноокрашивания методом ТСХ получали биотинилированный rGL-7 с использованием набора для микробиотинилирования BIOTINTAG (Sigma) в соответствии с инструкциями производителя.
Рис.1.
Выведенные аминокислотные последовательности вариабельных областей тяжелой (H) и легкой (L) цепей реконструированного Fab-антитела rGL-7. FR, каркасная область; CDR, определяющая комплементарность область.
Очистка и характеристика PhGlc. Гликолипиды были выделены из DIM-фракций клеток HL60 (22).Специфичность PhGlc подтверждена с помощью ТСХ или двумерного иммуноокрашивания с использованием биотинилированного rGL-7 и 3,3′-диаминобензидинтетрагидрохлорида (ICN) в качестве хромагена (16, 23). Иммунореактивные пятна переносили на мембраны из ПВДФ и анализировали с помощью тройного квадрупольного масс-спектрометра TSQ 70 (Finnigan-MAT, Сан-Хосе, Калифорния; ссылка 24). Количество PhGlc рассчитывали по содержанию фосфора, определенному Бартлеттом, а содержание глюкозы определяли с помощью газовой хроматографии (16).
Стимуляция клеток HL60 антителами и ретиноевой кислотой. Клетки HL60 (10 ⁶ клеток в среде E-RDF) стимулировали различными концентрациями rGL-7 (≈0,4–4 мкг / мл, что соответствует ≈8–80 пмоль / мл), эквивалентных молекул анти-GM1 ( DH59B; IgG), анти-SM (Vj41; IgM) или 0,1 мкМ all-trans ретиноевой кислоты (ATRA). Рецептор Fc (Fc-R) блокировали путем предварительной обработки клеток HL60 1 мкг на 10 ⁶ клеток белка миеломы человека (для IgM-Fc-R) или mAb TAPC301 C1-4 [вирустрансформированные Эпштейном-Барром линии B-клеток, полученные из mAb против поверхностного антигена (HB) вируса гепатита B для IgG-Fc-R].Fab-фрагменты Vj41 и DH59B получали путем переваривания иммобилизованным папаином (Pierce) с последующей гель-фильтрацией сефакрила S-300 (для Vj41) или аффинным разделением с использованием агарозы с протеином A (для DH59B). Эти фрагменты использовали для стимуляции клеток. Экспрессию CD38 определяли с использованием mAb IOB6. Активность NAD ⁺ гликогидролазы в обработанных RA или rGL-7 клетках HL60 измеряли, как и ранее (25). Клетки HL60 культивировали в течение 4 дней, затем аликвоты клеточной суспензии по 100 мкл (10 ⁷ клеток на мл) стимулировали rGL-7 (1 мкг на 10 ⁶ клеток) в течение ≈10 с ^— ¹⁰ мин в присутствии или в отсутствие 10 мкМ 4-амино-5- (4-метилфенил) -7- ( t- бутил) пиразоло [3,4- d ] пиримидина или 1 мМ метил-β-циклодекстрина .В качестве контроля клетки HL60 одновременно обрабатывали rGL-7 и неродственным рекомбинантным Fab-антителом (человеческим моноклональным rFab-305 или -308) против HB. Обработку прекращали добавлением равного объема буфера для образца SDS (2 ×).
Иммуноблоттинг и иммунопреципитация. Иммуноблоттинг-анализ был выполнен (26) с использованием PY20, конъюгированного с пероксидазой хрена (Amersham Biosciences), для фосфорилирования тирозина белка, антител против рецептора трансферрина (Zymed) или поликлональных антител против Lyn, Hck, Cbp и LAT (Santa Cruz Biotechnology).Для иммунопреципитации антитела конъюгировали с агарозой с протеином А (Oncogen Research Products). rGL-7 конъюгировали с авидиновой агарозой (Oncogen Research Products). Гели агарозы инкубировали с лизатами клеток HL60, обработанными rGL-7 (10 ⁷ клеток на гель), в течение ночи при 4 ° C. После промывки каждый гель обрабатывали буфером для образцов SDS и подвергали SDS / PAGE для анализа иммуноблоттинга.
Подготовка DIM. Фракции DIM были приготовлены, как описано (26, 27) с небольшими изменениями.Необработанные и обработанные rGL-7 клетки HL60 (10 ⁸ клеток) лизировали 1 мл лизирующего буфера, состоящего из 1% Triton X-100 и буфера TN (25 мМ трис-HCl, pH 7,5 / 150 мМ NaCl / 0,1 мМ фенилметилсульфонилфторид / 1 мМ NaHSO ₃/1 мМ бензамиден / 2 мМ CaCl ₂/5 мМ MgCl ₂ / 0,15 мМ спельмин / 0,3 мМ спелмидин). Лизаты переносили в центрифужные пробирки (Ultra Clear, 14 × 95 мм, Beckman), выдерживали на льду в течение 30 мин, а затем смешивали с 1 мл 80% сахарозы в буфере TN.Растворы сахарозы различной концентрации (5,5 мл 30% сахарозы, 3,5 мл 5% сахарозы) затем наносили слоями на лизат в 40% сахарозе, а затем центрифугировали в качающемся роторе SW41Ti (Beckman) при 39000 об / мин при 4 ° C в течение 22 дней. час Полосы светорассеяния (т.е. фракция DIM), расположенные на границе раздела 5% и 30% сахарозы, были выделены в основном на две фракции, 4 и 5, с использованием поршневого градиентного фракционатора (BioComp, Фредериктон, Канада).
Профилирование выражений. Суммарная РНК из клеток HL60 (10 ⁸), стимулированных свежеприготовленным rGL-7 (1 мкг на 10 ⁶ клеток) в течение 0, 3 и 24 часов, экстрагировалась с использованием набора для выделения общей РНК Atlas Glass (CLONTECH ). Общую РНК (20 мкг) подвергали обратной транскрипции, амплифицировали и метили в соответствии с инструкциями производителя (CLONTECH). кДНК метили флуоресцентным красителем Cy3 (Amersham Biosciences) и гибридизовали с массивами олигонуклеотидов (массив Atlas, содержащий зонды для 4881 гена человека).Массивы промывали, сканировали и затем анализировали с помощью программного обеспечения Atlas Iris (CLONTECH) для определения экспрессии каждого гена.
Результаты
PhGlc в клетках HL60. Чтобы изучить распределение PhGlc в клетках млекопитающих, мы выделили липиды из нескольких клеточных линий (10 ⁷ клеток), полученных из различных тканей. Одну десятую всех экстрактов липидов анализировали методом иммуноокрашивания ТСХ. Для иммуноокрашивания использовали прямое мечение рекомбинантным Fab-антителом, меченным авидином (rGL-7), поскольку иммуноокрашивание вторичным антителом против человеческого IgM приводило к неспецифическому окрашиванию.rGL-7 реагировал преимущественно с PhGlc, выделенным из эритроцитов пуповины, но не с GSL, такими как параглобозид и сиалилпараглобозид (фиг. 2 A ). Мы обнаружили, что PhGlc присутствует в различных клеточных линиях, включая HL60, B95-8 (линия В-клеток мартышки), Cos 7, PC12 и собачьи почки Madin – Darby. В настоящем исследовании мы использовали клетки HL60.
Рис.2.
Появление PhGlc в клетках HL60. ( A ) rGL-7 реагирует с антигенами как пуповинных эритроцитов, так и клеток HL60. PhGlc, полученный из эритроцитов пуповины и клеток HL60 (≈12.5–100 пмоль) разделяли с помощью ТСХ, и пятна визуализировали путем последовательной инкубации с биотинилированным rGL-7, авидином, конъюгированным с пероксидазой хрена, и DAB, усиленным хромагеном. Иммунореактивные пятна измеряли с помощью двухволнового ТСХ-сканера (Shimadzu CS-930). Площади пиков наносили в зависимости от количества нанесенного PhGlc. ( B ) Одно иммунореактивное пятно возникло из удерживаемой PBA фракции клеток HL60. Пятна, содержащие PhGlc, визуализировали с использованием того же метода, который описан в A .( C ) Масс-спектрометрия вторичных ионов — спектр диссоциации, индуцированной столкновениями PhGlc из клеток HL60. Иммунореактивное пятно, показанное в B , было перенесено на PVDF-мембрану и подверглось масс-спектрометрии вторичных ионов — масс-спектрометрическому анализу с диссоциацией, вызванной столкновениями.
Для подтверждения химической структуры антигена в клетках HL60, распознаваемых rGL-7, общие липиды были выделены и частично очищены с помощью хроматографии на колонке с фенилборонат-агарозой.ТСХ выявила одно rGL-7-позитивное пятно с подвижностью, идентичной подвижности PhGlc, выделенной из эритроцитов пуповины (рис. 2 B ). Это соединение было дополнительно очищено с помощью двумерного блоттинга ТСХ и проанализировано с помощью масс-спектрометрии вторичных ионов — спектрометрии диссоциации, вызванной столкновениями. Его масс-спектр был идентичен спектру PhGlc и фосфатидилинозитола (рис. 2 C ). Поскольку PhGlc и фосфатидилинозитол имеют одинаковое массовое число, сахарный состав rGL-7-положительного липида анализировали с помощью газовой хроматографии и сравнивали с таковыми для PhGlc и фосфатидилинозитола.Липид из клеток HL60 содержал только глюкозу, а не инозит, что указывает на то, что rGL-7-положительный липид, выделенный из клеток HL60, был PhGlc, а не фосфатидилинозитолом. Компонент жирных кислот PhGlc из клеток HL60 значительно отличался от жирнокислотного компонента PhGlc из эритроцитов пуповины. Основной липид из пуповинных эритроцитов содержал полиненасыщенную жирную кислоту C20: 4 при C-2 глицерина (16). Напротив, PhGlc из клеток HL60 обладал C18: 1 при C-2 глицерина.
Затем мы исследовали клеточную локализацию PhGlc.Иммунофлуоресцентные конфокальные изображения клеток, окрашенных GL-2, показали, что антиген локализован как в плазме, так и внутриклеточных мембранах. Чтобы дифференцировать PhGlc от ганглиозидов GM1 и SM, клетки дважды окрашивали GL-2 и либо холерным токсином, чтобы визуализировать GM1, либо Vj41 для визуализации SM. Локализация PhGlc отличалась от GM1 и SM (рис. 3).
Рис.3.
Иммунофлуоресцентное окрашивание клеток HL60 с GL-2. Связывание антител детектировали, как описано в тексте.Показаны изображения PhGlc ( A и E ), GM1 ( B ), сфингомиелина ( F ) и Номарского ( C и G ). D и H — это объединенные изображения A, и B и E и F  соответственно. (Шкала 5 мкм.)
Индукция гранулоцитарной дифференцировки клеток HL60 с помощью Fab-антитела против PhGlc. Клетки HL60 изменились морфологически при культивировании в присутствии rGL-7.Клетки HL60 могут дифференцироваться в гранулоциты или моноциты при воздействии различных стимулов, таких как ATRA, DMSO и т. Д. Сначала мы провели тест восстановления нитросинего тетразолия (NBT). Обработка rGL-7 индуцировала дифференцировку в NBT-положительные клетки (фиг. 4 A ). Экспрессия протоонкогена c-Myc, который подавляется дифференцировкой (28, 29), подавлялась в клетках, обработанных rGL-7 (фиг. 4 B ). Недавние исследования показали, что клетки HL60 сильно экспрессируют CD38, когда гранулоцитарная дифференцировка индуцируется ретиноевой кислотой (30).Munshi et al. (31) сообщил, что CD38 играет причинную роль в гранулоцитарной дифференцировке клеток HL60. Эти данные побудили нас проверить, индуцирует ли rGL-7 также экспрессию CD38 в клетках HL60. rGL-7 усиливал экспрессию CD38, хотя степень поверхностной экспрессии была меньше, чем в клетках, обработанных ATRA (фиг. 4 C ). rGL-7 также активировал ферментативную активность CD38 (т.е. активность NAD ⁺ гликогидролазы) дозозависимым образом (фиг. 4 D ).Гранулоцитарная дифференциация была дополнительно подтверждена профилированием экспрессии генов с использованием анализа микрочипов. Из 4881 гена в массиве экспрессия мРНК главного основного белка гранул эозинофила человека увеличилась больше всего (в 5,8 раза после 24-часовой обработки rGL-7). Экспрессия мРНК сиалилтрансферазы ST3Gal-V (CMP-NeuAc: лактозилцерамид α2,3-сиалилтрансфераза; GM3-синтаза) также увеличивалась (в 3,8 раза через 24 часа). Сиалилтрансфераза активируется во время гранулоцитарной дифференцировки (32).
Фиг.4.
Фенотипические изменения в клетках HL60 в результате длительного лечения rGL-7. ( A ) Восстановление NBT клетками, обработанными rGL-7 или Fab-фрагментами Vj41 и DH59B. Клетки при каждой обработке подвергались реакции с 0,5% раствором NBT при 37 ° C в течение 30 минут, а затем окрашивались по методу May – Grünwald – Giemsa. ( B ) Подавление экспрессии C-Myc. Клетки HL60 обрабатывали rGL-7, Vj41, DH59B или ATRA в течение 36 часов, как описано в тексте. Ядерную фракцию клеток HL60 исследовали вестерн-блоттингом с анти-c-Myc, 9E-10.( C ) Поверхностная экспрессия CD38, определенная с помощью иммунофлуоресценции mAb IOB-6. Клетки HL60 стимулировали rGL-7 (1 мкг на 10 ⁶ клеток) или 0,1 мкМ ATRA в течение 48 часов, окрашивали mAb IOB-6, затем FITC-конъюгированным антимышиным IgG, затем анализировали с помощью проточного цитометра CytoAce. 150. ( D ) Индукция активности NAD ⁺ гликогидролазы с помощью rGL-7. Клетки HL60 стимулировали ≈0,4–4 мкг / мл rGL-7. Аликвоты (10 ⁵ клеток, 100 мкл) клеточных суспензий использовали для анализа активности NAD ⁺ гликогидролазы.
Чтобы проверить, были ли эти эффекты специфичными для rGL-7, мы стимулировали клетки HL60 моноклональными антителами против ганглиозида GM1 (DH59B) и SM (Vj41). Интересно, что ни DH59, ни Vj41 не индуцировали клеточную дифференцировку, на что указывают экспрессия c-Myc (фиг. 4 B ) или тест на восстановление NBT (фиг. 4 A ). В отличие от rGL-7, обработка как DH59B, так и его Fab-фрагментом вызвала небольшое, но отчетливое увеличение скорости роста (рис.5 А ). Это согласуется с выводами о том, что субъединица B холерного токсина, которая связывает GM1, стимулирует усиленный рост клеток 3T3 (33).
Рис.5.
Влияние лечения антителами на молекулы, которые локализуются во фракции DIM клеток HL60. ( A ) Стимуляция антителом влияет на рост клеток HL60. Клетки культивировали в присутствии rGL-7 (≈5–80 пмоль на 10 ⁶ клеток), GL-2 (20 пмоль на 10 ⁶ клеток) или Fab-фрагментов Vj41 или DH59B.Для блокирования Fc-R клетки предварительно обрабатывали неродственным человеческим IgM (для Vj41) или IgG (для DH59B), а затем обрабатывали GL-2 (то есть целым антителом). Результаты представляют собой средние значения ± стандартная ошибка среднего, со статистической значимостью ( P <0,05), определенной с помощью теста Стьюдента t . ( B ) Стимуляция SM увеличивала апоптоз. ( Left ) Клетки HL60 обрабатывали rGL-7 (≈5–80 пмоль), GL-2 или Fab-фрагментами Vj41 или DH59B в течение 48 часов, и положительные по аннексину клетки подсчитывали с помощью проточного цитометра.( Правый ) Клетки, обработанные 20 пмоль на 10 ⁶ клеток rGL-7, Vj41 (IgM) после предварительной обработки человеческими IgM и DH59B (IgG) после предварительной обработки человеческим IgG в течение 48 часов, окрашивали концевой дезоксинуклеотидилтрансферазой. опосредованный метод мечения концов dUTP. Стрелка указывает на типичную клетку с апоптотическими тельцами.
Интересно, что апоптоз значительно увеличивался, когда клетки обрабатывали Vj41. Апоптотические клетки окрашивали как FITC-конъюгированным аннексином V, так и методом мечения концов dUTP, опосредованного терминальной дезоксинуклеотидилтрансферазой (рис.5 В ). Однако Fab-фрагмент, полученный из Vj41, не вызывал фенотипических изменений в этих клетках. Эти результаты предполагают, что стимуляция дифференцировки гранулоцитов антителами высокоспецифична для PhGlc и отличается от стимуляции, опосредованной GM1 (DH59B) или SM (Vj41).
Индукция быстрого фосфорилирования тирозина белка Fab-антителом против PhGlc. Мы проанализировали биохимически ранние ответы клеток HL60 на стимуляцию rGL-7. Когда клетки HL60 обрабатывали rGL-7 (1 мкг на 10 ⁶ клеток) в течение 0 или 10 с или 1, 2, 5 или 10 минут, фосфорилирование тирозина белка происходило почти сразу (см. Полосы 65 и 89 кДа в иммуноблотте на рис.6 А ). Эти полосы были идентифицированы как протеинкиназы семейства Src Lyn и Hck и трансмембранный белок Cbp, соответственно, на основании иммуноблоттинга с соответствующими специфическими антителами (данные не показаны). Ингибитор Src-киназы PP1 полностью ингибировал фосфорилирование тирозина белка (данные не показаны). Фосфорилирование отсутствовало, когда клетки HL60 обрабатывали DH59B, Vj41 (данные не показаны) или неродственными Fab-антителами (например, r-Fab 305) (фиг. 6 A ).
Рис.6.
( A ) Кратковременная стимуляция клеток HL60 с помощью rGL-7 индуцирует фосфорилирование тирозина белка.После инкубации клеток HL60 (2 × 10 ⁷ клеток на мл) в течение 4 дней аликвоты по 50 мкл переносили в микропробирки и добавляли равный объем rGL-7 (20 мкг / мл). Через 10 с ^— ¹⁰ мин стимуляцию прекращали добавлением 50 мкл буфера для образцов SDS. Для контроля клетки обрабатывали неродственным Fab-антителом (анти-HBs). Фосфорилирование тирозина белка оценивали иммуноблоттингом с использованием конъюгированного с пероксидазой хрена PY20. ( B ) Lyn, Hck и Cbp сосуществуют с PhGlc во фракции DIM.Лизаты клеток HL60, обработанных rGL-7, инкубировали с агарозным гелем с Lyn-, Hck- и Cbp-конъюгированным белком A или с биотинилированным rGL-7-конъюгированным авидин-агарозным гелем. Полученные белковые комплексы подвергали SDS / PAGE и анализировали иммуноблоттингом с антителами против соответствующих белков.
PhGlc во фракции домена DIM. PhGlc экспрессировался на поверхности мембран клеток HL60. Как описано выше, rGL-7 активировал несколько протеинкиназ семейства Src.Эта активация зависела от холестерина, поскольку предварительная обработка клеток HL60 1 мМ метил-β-циклодекстрином, который снижает эндогенный холестерин (34), ослабляла эффекты обработки rGL-7 (данные не показаны). Эти результаты показывают, что липидный сигнальный домен критически участвует в индуцированном rGL-7 фосфорилировании тирозина киназ семейства белков Src. Это открытие побудило нас исследовать, колокализуются ли PhGlc и эти киназы во фракции DIM, даже несмотря на то, что PhGlc не является сфинголипидом.
DIM из необработанных (контроль) и обработанных rGL-7 (24 ч) клеток HL60 выделяли ступенчатым центрифугированием в градиенте сахарозы. DIM были сконцентрированы в две фракции (4 и 5), в которых GM1 распределяется как DIM или маркер рафта. Напротив, один поверхностный белок, TfR, известный маркер не рафтов, не распределялся по фракциям DIM обработанных и необработанных rGL-7 клеток. Фракции 4 и 5 были обозначены как « легкие » и « тяжелые » ДИМ соответственно. Холестерин, маркер, используемый для идентификации липидных рафтов, был более сконцентрирован в « легком » DIM (не показан).Неожиданно оказалось, что пять полос (89, 64, 58-60, 38 и 25 кДа), соответствующих фосфотирозиновым белкам, присутствовали во фракциях (т.е. 4 и 5), полученных из клеток после 48-часовой обработки (рис. 7). Напротив, эти полосы фосфотирозинового белка едва обнаруживались во фракциях контрольных клеток. Вестерн-блоттинг с использованием специфических антифосфотирозиновых антител идентифицировал полосы 89, 64 и 58-60 кДа как Cbp, Hck и Lyn соответственно. В частности, белок Lyn значительно и специфически увеличивался во фракции DIM (фракции 4 и 5) после обработки rGL-7.
Рис.7.
Приготовление и анализ фракции ДИМ. Клетки HL60 (10 ⁸ клеток, 10 ⁶ клеток на мл) обрабатывали rGL-7 (1 мкг на 10 ⁶ клеток) в течение 18 часов и разделяли центрифугированием в градиенте плотности сахарозы. Растворы градиента были разделены на 12 фракций (фракция 12 не указана на этом рисунке). GM1 (CTx), маркер DIM; TfR, маркер без DIM. Для ТСХ-анализа PhGlc липиды визуализировали путем воздействия паров йода. Стрелки указывают полосы PhGlc.
Интересно, что обработка rGL-7 значительно способствовала продукции PhGlc. Содержание PhGlc в необработанных клетках HL60 составляло ≈2 нмоль на 10 ⁷ клеток (исходя из содержания глюкозы). Инкубация клеток HL60 в течение 48 ч в присутствии rGL-7 (4–40 мкг / мл) приводила к увеличению PhGlc в ≈2–10 раз; степень этого увеличения зависела от концентрации rGL-7 (данные не показаны). Резкое увеличение PhGlc было очевидно во фракции DIM (рис. 7). Активность гликогидролазы NAD ⁺ в клетках, обработанных rGL7, также была обнаружена во фракции 5 (т.е.е., « тяжелый » DIM) и 6, тогда как не наблюдали значительной активности во фракциях DIM из необработанных клеток (не показаны).
В следующей серии экспериментов мы исследовали, колокализованы ли тирозин-фосфорилированные белки во фракциях DIM, богатых PhGlc. Белок Lyn иммунопреципитирован в геле с иммобилизованным rGL-7 (фиг. 6 B ). Белки Cbp и Hck также иммунопреципитируются в этом геле; однако белок LAT этого не сделал. Это открытие предполагает, что фосфорилирование тирозина LAT, обнаруженное во фракции DIM, может быть индуцировано непрямым взаимодействием между PhGlc и белком LAT.Эта гипотеза согласуется с наблюдением, что rGL-7 индуцировал фосфорилирование тирозина белков массой 58-60, 65 и 89 кДа, которые соответствовали Lyn, Hck и Cbp, соответственно, но не индуцировали фосфорилирование Белок массой 38 кДа, соответствующий LAT (фиг. 6 A ).
Обсуждение
PhGlc, нераспознанный тип гликолипида. Мы обнаружили, что новый тип гликолипида, PhGlc, широко распространен не только в клетках человека, но и в клетках нечеловеческого происхождения.Мы изолировали PhGlc из клеток HL60 и определили структуру как фосфатидил-β-d-глюкозид. Наше наблюдение, что образец миграции ТСХ PhGlc был идентичен главному фосфолипиду, фосфатидилхолину, объясняет, почему присутствие этого липида, возможно, ранее не учитывалось. Более того, поскольку PhGlc и фосфатидилинозитол имеют одинаковое массовое число, трудно идентифицировать PhGlc только с помощью масс-спектрометрического анализа (16). В настоящее время использование рекомбинантного белка rGL-7 является единственным способом специфической идентификации PhGlc.
Интересно отметить, что большинство липидов, присутствующих в биологических мембранах, могут быть модифицированы углеводами. В качестве типичного примера церамид модифицируется глюкозой и галактозой с образованием GlcCer и GalCer соответственно (35). Диацилглицерин гликозилируется с образованием галактозилдиацилглицерина. Последние исследования показывают, что холестерин также можно модифицировать с помощью глюкозы (36). Эти гликозилированные липиды играют важную роль в различных биологических процессах, включая клеточную пролиферацию, развитие, дифференцировку и стрессовые реакции (35, 37).Таким образом, мы ожидали, что PhGlc также может играть потенциальную роль в клетках млекопитающих. В самом деле, здесь мы продемонстрировали, что PhGlc образует гликолипидные домены в поверхностных мембранах клеток HL60, а стимуляция PhGlc моновалентным Fab-антителом rGL-7 генерирует мембранную сигнализацию через липидный микродомен.
Моновалентные Fab-антитела в качестве специфического зонда для PhGlc. В настоящем исследовании мы создали Fab-антитело из человеческого моноклонального антитела GL-2. Первоначально GL-2 был установлен как антитело против i-антигена (16).Однако рекомбинантный rGL-7 не мог связывать i-активные GSL, но специфически связывал PhGlc. В настоящее время мы не можем объяснить, почему rGL-7 потерял реактивность только к i-антигену. Согласно аминокислотной последовательности реконструированного rGL-7 (фиг. 1), его вариабельная область тяжелой цепи принадлежит к семейству V _H -4, а вариабельная область легкой цепи — к семейству V ^k-4.
До сих пор для стимуляции клеток использовались поливалентные антиуглеводные антитела (для обзора см. Исх.13). Считается, что механизм активации зависит от двухвалентного или мультивалентного перекрестного связывания мембранных липидов, опосредованного антителами. Фактически, в случае Vj41 или DH59B, Fab-фрагменты, полученные из этих антител, практически не вызывали фенотипических изменений в клетках HL60, тогда как обработка интактными антителами (после блокирования Fc-R) индуцировала рост клеток или апоптоз. Однако, к нашему удивлению, rGL-7 стимулировал клетки HL60. Это демонстрирует, что стимуляция антителами без перекрестного связывания может успешно генерировать сигналы.Хотя точный механизм опосредованной rGL-7 активации протеинкиназ семейства Src в значительной степени неизвестен, связывание rGL-7 с остатками глюкозы может влиять на образование PhGlc внутри микродомена. Такого возмущения может быть достаточно, чтобы инициировать каскад реакций, начинающийся с фосфорилирования тирозина протеинкиназ семейства Src. Альтернативно, поскольку различные липид-связывающие белки, которые играют ключевую роль в липидных доменах, локализуются в микродоменах (для обзора см. Ссылку 38), также возможно, что неидентифицированный PhGlc-связывающий белок ответственен за опосредование PhGlc-зависимой передачи сигналов.Хотя механизмы, лежащие в основе этой передачи сигналов, еще не ясны, явления, наблюдаемые в настоящем исследовании, могут играть роль в определенных биологических процессах. Иммуноглобулины, принадлежащие к семействам V _H-4 и V ^k-4, широко распространены, и один ген, V _H 4–21, который кодирует антитело антигена группы крови i, обнаружен в ≈6%. нормальных клеток периферической крови человека (39). Следовательно, само анти-i-антитело может быть генератором сигналов, регулирующим дифференцировку гемопоэтических клеток.
PhGlc, член сигнальных доменов гликолипидов. Недавние исследования предполагают, что кластеризация GSL формирует домены передачи сигналов GSL (14). Кластеры GSL нерастворимы в детергенте и выделяются в виде фракции легкой плавучести в градиентах плотности сахарозы. Хотя PhGlc не принадлежит к классу липидов GSL, он также был обнаружен во фракции DIM, что указывает на формирование доменов или кластеров, обогащенных PhGl. Основная молекулярная разновидность PhGlc содержит стеарилолеоильные цепи.Обзор литературы показывает, что фосфатидилхолин, который содержит те же жирные ацильные цепи, что и PhGlc, в основном исключен из микродоменов или липидных рафтов. Таким образом, это предполагает, что головная группа, вероятно, ответственна за разделение PhGlc на липидный домен. Хотя в настоящее время нет эмпирических данных, мы предполагаем, что остаток глюкозы (для водородных связей), а также обе ацильные цепи (для ван-дер-ваальсовых взаимодействий) важны для образования и поддержания домена гликолипида.
Мембранные микродомены неоднородны, и каждый домен обеспечивает различные функции (14). В случае клеток меланомы B16, например, GSL-обогащенные домены участвуют в клеточной адгезии и передаче сигналов, тогда как рафт-подобные домены участвуют в других путях. Неадгезивные клетки, такие как клетки HL60, могут содержать функционально разные домены, богатые GSL или гликолипидами. Это подтверждается нашим открытием, что домены PhGlc, а не GSL-богатые домены, опосредуют гранулоцитарную дифференцировку клеток HL60 (рис.4 C и D ). PhGlc легко разрушается ферментами, такими как фосфолипазы, предполагая, что домены на основе PhGlc более лабильны и гибки, чем домены, богатые GSL. Эта характеристика может придавать уникальную и отличную функцию PhGlc в микродоменах или кластерах.
Синтез PhGlc. Стимуляция клеток HL60 rGL-7 индуцировала усиление продукции PhGlc (рис. 7). Фракции DIM, выделенные из клеток, обработанных rGL-7, содержат значительное количество тирозин-фосфорилированных белков, таких как Lyn, Hck и LAT, по сравнению с таковыми из необработанных клеток (рис.7). Особенно это касается белка Lyn (рис. 7). ATRA-индуцированная дифференцировка клеток не вызывала изменений содержания PhGlc во фракции липидных доменов (данные не показаны). Эти результаты предполагают, что повышающая регуляция продукции PhGlc служит типичным сигналом, генерируемым в липидном домене, и что PhGlc усиливает рекрутирование сигнальных белков, таких как Lyn, в мембранные домены. Этот тип цепи положительной обратной связи может способствовать и усиливать опосредованное PhGlc фосфорилирование тирозина белка в липидных доменах.Чтобы проверить эту гипотезу, важно понять, где и как происходит биосинтез PhGlc и как его синтез регулируется в клетке. Однако детали биосинтетического пути PhGlc полностью неизвестны. Молекулярное клонирование гена синтазы PhGlc является ключевым шагом для понимания физиологической роли PhGlc.
Благодарности
Мы благодарим доктора К. Накамура из Института физико-химических исследований за любезный подарок параглобозида. Мы также благодарим Институт изучения мозга (Ю.H.) и Frontier Research System (T.K.) Института физико-химических исследований за финансовую поддержку. Эта работа была частично поддержана грантами 14370753 (для TK) и 12140201 (научные исследования в приоритетных областях от B до YH) и специальным грантом для Центра высокотехнологичных исследований Университета Нихон (для YN) от Министерства. образования, культуры, спорта, науки и технологий.
Сноски
↵ † Кому может быть адресована корреспонденция.Электронная почта: ynaga {at} med.nihon-u.ac.jp или hirabaya {at} postman.riken.go.jp.
Сокращения: GSL, гликосфинголипид; PhGlc, фосфатидилглюкозид; DIM, нерастворимая в моющих средствах мембрана; SM, сфингомиелин; ATRA, полностью транс- ретиноевой кислоты; NBT, нитросиний тетразолий; HBs, поверхностный антиген вируса гепатита В.
Размещение данных. Последовательности, описанные в этой статье, депонированы в банке данных ДНК Японии [инвентарные номераAB110646 (для H-цепи) и AB110647 (для L-цепи)].
Поступило 3 октября 2002 г.
Copyright © 2003, Национальная академия наук
Набор задач для клеточных мембран
В Биологический проект > Клетка Биология > Клетка Мембраны > Обзор

Клеточные мембраны: Основные понятия
Графика модели жидкой мозаики для клеточной мембраны
Клеточные мембраны — это селективные барьеры, разделяющие отдельные клетки. и клеточные отсеки.
Мембраны представляют собой сборки углеводов , белков , и липидов, удерживаются вместе нековалентными силами. Они регулируют транспорт молекул, управление потоком информации между клетками, генерировать сигналы для изменения поведения клеток, содержать ответственные молекулы для клеточной адгезии в
формирование тканей и может разделять заряженные молекулы для передачи сигналов клетки и производство энергии.
Клеточные мембраны динамичны, постоянно образуются и разрушаются. Мембранные везикулы перемещаются между клеточными органеллами и поверхностью клетки. Неспособность разрушить компоненты мембраны может привести к накоплению в лизосомах Болезни .
Липиды клеточных мембран включают фосфолипиды, состоящие из глицерин, жирные кислоты, фосфат и гидрофобное органическое производное такие как холин или фосфоинозитол.Холестерин — липидный компонент клеточных мембран, регулирует текучесть мембран и входит в состав мембранные сигнальные системы. Липиды мембран создают гидрофобную барьер между водными отсеками клетки. Основная структура липидной части мембраны представляет собой липидный бислой с гидрофобным ядра, состоящие преимущественно из цепей жирных кислот и гидрофильных поверхностей.
Мембранные белки определяют функции клеточных мембран, в том числе служащие насосами, воротами, рецепторами, молекулами клеточной адгезии, энергией преобразователи и ферменты.Белки периферической мембраны связаны с поверхностями мембран, в то время как интегральные мембранные белки встроен в мембрану и может проходить через липидный бислой или более раз.
Углеводы , ковалентно связанные с белками (гликопротеины) или липиды (гликолипиды) также являются частью клеточных мембран и функционируют как адгезионные и адресные локусы для клеток.
Жидкость Mosaic Model описывает мембраны как жидкий липидный бислой с плавающие белки и углеводы.
Клеточные соединения — это особый набор белков, которые закрепляют клетки вместе (десмосомы) закупоривают воду, проходящую между клетками (плотные соединения), и позволить ячейке к ячейке прямое сообщение (щелевые соединения).
задача 1
В Биологический проект > Клетка Биология > Клетка Мембраны > Обзор
http: // www.biology.arizona.edu
Авторское право на все содержимое © 2002-04. Все права защищены.
Углеводы — обзор | ScienceDirect Topics
Abstract
Углеводы — это полигидроксиальдегиды (альдозы) или полигидроксикетоны (кетозы), состоящие из C, H и O. Они подразделяются на моносахариды, олигосахариды и полисахариды. Моносахариды могут быть триозами, тетрозами, пентозами и т. Д.в зависимости от количества атомов углерода в молекуле. Они представляют оптическую изомерию из-за наличия асимметричного или хирального C. У животных большинство углеводов в организме человека являются d-изомерами. Глюкоза — это альдогексоза и самый важный моносахарид в организме человека, используемый клетками в качестве топлива. Другие альдогексозы — это галактоза и манноза, которые входят в состав сложных молекул. Фруктоза — это кетогексоза, а рибоза — наиболее важная альдопентоза и компонент РНК. Эти молекулы обычно образуют циклическую структуру, которая может быть пираном или фураном, и они представляют собой изомеры α и β.Существуют производные моносахаридов, которые включают следующее: (1) гликозиды, в которых альдегид или кетонная группа реагируют с другой молекулой; (2) полиспирты, которые получают восстановлением альдегидной или кетонной группы; (3) дезоксисахары, которые образуются в результате потери кислорода из спиртовой группы моносахарида; (4) альдоновая, альдаровая и уроновая кислоты , которые образуются в результате окисления C1 или C6 альдоз; (5) сложные эфиры фосфорной кислоты, которые образуются путем фосфорилирования и обычно встречаются как продукты метаболизма моносахаридов; (6) аминосахара, которые обычно имеют аминогруппу, присоединенную к C2 (глюкозамин и галактозамин).Другими азотистыми производными являются нейраминовая и мурамовая кислоты. Дисахариды включают мальтозу, состоящую из двух d-глюкоз, связанных α-гликозидной связью от C1 одного до OH на C4 другой глюкозы (α-1 → 4 гликозидная связь). Лактоза — это молочный сахар, образованный d-галактозой и d-глюкозой, связанными через β-гликозидную связь от C1 галактозы до C4 d-глюкозы (β-1 → 4 гликозидная связь). Сахароза, обычный подсластитель, образована d-фруктозой и α-d-глюкозой, связанными двойной гликозидной связью между C1 α-глюкозы и C2 β-фруктозы⋅ Полисахариды или гликаны представляют собой полимерные макромолекулы, классифицируемые на: гомо — и гетерополисахариды. Гомополисахариды включают крахмал, являющийся запасом питательных веществ растений, состоящий из амилозы и амилопектина. Амилоза имеет 1000–5000 d-глюкозных единиц, линейно связанных α-1 → 4 гликозидными связями. Амилопектин — это полимер, содержащий более 600 000 единиц глюкозы. Он содержит основную структуру амилозных плюс разветвлений, образованных примерно 25 остатками глюкозы, вставленными в основную цепь посредством α-1 → 6 связей. Гликоген — это полимер, который служит полимером запаса энергии у животных. Он структурно похож на амилопектин, но с большим количеством ответвлений.Декстрины являются конечными продуктами частичного гидролиза амилопектина амилазой. Декстраны представляют собой разветвленные полимеры d-глюкозы, такие как амилопептин и гликоген, с различными гликозидными связями. Инулин — это полимер молекул фруктозы, связанных через α-2 → 1. Целлюлоза играет важную структурную роль в растениях; это линейный полимер глюкозы со связями β-1 → 4. Хитин составляет экзоскелет насекомых и ракообразных и представляет собой полимер из N -ацетил-d-глюкозаминовых единиц, связанных связями β-1 → 4. Гетерополисахариды включают гликозаминогликаны (гиалуроновую кислоту, хондроитинсульфат, дерматан, гепаран и кератансульфаты и гепарин).Гетерополисахариды, связанные с другими типами молекул, составляют протеогликаны, пептидогликаны, гликолипиды (ганглиозиды) и гликопротеины. Протеогликаны являются результатом ассоциации гликановых цепей (хондроитинсульфат, дерматансульфат, кератан), связанных через гликозидные связи с гидроксилом сериновых или треониновых остатков (O-гликозидная связь) или с N остатков аспарагина (N-гликозидная связь) белков. Пептидогликаны — основной компонент клеточных стенок бактерий. Они состоят из N, -ацетил-d-глюкозамина и N, -ацетилмурамовой кислоты.Гликопротеины — это углеводы, конъюгированные с белками посредством O- или N -гликозидных связей. Ганглиозиды и гликопротеины отличаются от протеогликанов тем, что они имеют более короткие углеводные цепи. Они играют важную роль в распознавании антигенов / антител на поверхности клеток.
Макромолекулы | Анатомия и физиология I
Макромолекулы — гиганты атомного мира. Приставка «макро-» означает «очень большой масштаб». Действительно, макромолекулы затмевают другие молекулы, участвующие в химии жизни, такие как поваренная соль (NaCl) или вода (H ₂ O).Макромолекулы обычно состоят не менее чем из 1000 атомов с повторяющимися структурами из более мелких компонентов. Процесс полимеризации связывает вместе более мелкие компоненты (мономеры). Частота повторения приводит к большому размеру.
Большой размер макромолекул определяет их важность в живых системах. Они являются основой сложной клеточной жизни. Макромолекулы по своей природе нестабильны. Они не создаются в отсутствие жизни и не могут долго существовать вне живых систем.
По сути, макромолекула — это отдельная молекула, которая состоит из множества ковалентно связанных молекул субъединиц. Полимер — это отдельная молекула, состоящая из подобных мономеров. В физиологии четыре основных макромолекулы:
нуклеиновых кислот, состоящих из нуклеотидных субъединиц, связанных через их фосфатный остов.
белков — состоят из аминокислотных субъединиц, связанных между углеродом и азотом.
липидов — обычно большие молекулы, состоящие из неполярных связей, что делает их гидрофобными.Некоторые липиды содержат ковалентно связанные полярные группы, которые могут действовать как точки присоединения для множества молекул гидрофобных липидов.
углеводов — имеют ковалентно связанные группы сахара.
До сих пор мы обсуждали основные элементы и типы связей, которые важны для функционирования клетки. Вместе эти элементы и связи определяют основные свойства четырех классов макромолекул, из которых состоит клетка: углеводов, белков, липидов и нуклеиновых кислот.В этом модуле мы исследуем эти макромолекулы.
Углеводы, белки и нуклеиновые кислоты — все это примеры полимеров. Полимеры — это очень большие молекулы, состоящие из более мелких единиц, соединенных ковалентными связями с использованием общего набора химических реакций. Белки представляют собой линейные полимеры аминокислот, все соединенные пептидными связями. Полисахариды — это углеводы, соединенные гликозидными связями в иногда довольно сложных разветвленных структурах. ДНК и РНК представляют собой полимеры нуклеиновых кислот, связанных фосфодиэфирными связями.Этот модуль включает обсуждение структур этих органических макромолекул.
Углеводы
Углеводы
Самыми простыми из макромолекул являются углеводы, также называемые сахаридами. Название описывает характер этого класса молекул, поскольку все они имеют общую формулу гидратированного углерода.
(C (H ₂ O)) _n
Это представляет собой соотношение атомов водорода и кислорода 2: 1 (как в воде), но в данном случае они присоединены к углеродной цепи.Составляющие атомы углеводов могут иметь практически бесконечные конфигурации, поэтому молекулы углеводов бывают самых разных форм и размеров.
Моносахариды — это самые основные углеводные единицы. Это простые сахара, в том числе глюкоза, фруктоза и другие. Они содержат от трех до семи атомов углерода, имеют сладкий вкус и используются организмом для получения энергии.
Полисахариды — это длинные полимеры моносахаридных сахаров, которые ковалентно связаны друг с другом.Полисахариды часто используются для хранения энергии моносахарида. К ним относятся крахмал (в растениях) и гликоген (в организме человека и животных). Полисахариды также могут использоваться для структурирования растений и других низших организмов. Например, целлюлоза — это большой полисахарид, который содержится в стенках растительных клеток. Люди не могут переваривать целлюлозу до моносахаридов, но в нашем рационе она важна как «грубая пища» или «нерастворимая клетчатка». Углеводы также являются критически важными компонентами в основе ДНК, в каждом нуклеотиде содержится один моносахарид.С 3 миллиардами нуклеотидов ДНК на клетку, это много моносахаридов в организме.
Полисахариды можно конъюгировать с другими макромолекулами. Например, сложные углеводы могут быть связаны с белками или липидами с образованием гликопротеинов и гликолипидов соответственно. Из нескольких моносахаридов, расположенных по разному образцу и с разным связыванием, можно получить самые разные структуры. Таким образом, эта гибкость в структуре может использоваться для идентификации отдельных типов ячеек, поскольку структура каждого типа ячеек уникальна.Более половины белков в организме, которые мы обсудим позже в этом модуле, имеют гликозилирование или углеводные модификации. Снаружи клетки покрыты углеводами от модификаций липидов, составляющих мембрану; мы рассмотрим липиды в последней главе этого раздела.
Углеводы лучше всего известны как молекулы-аккумуляторы. Их основная функция — источник энергии. Клетки легко превращают углеводы в полезную энергию. Вы помните, что молекулы — это совокупность атомов, связанных ковалентными связями.В общем, одинарные ковалентные связи могут быть представлены как имеющие приблизительно 100 ккал / моль энергии, связанной с силой, удерживающей два атома вместе. Столовый сахар или сахароза — самый известный углевод. Самый распространенный в природе углевод — глюкоза, имеющая общую формулу
.
(C (H ₂ O)) ₆
и который является обычным источником энергии для многих живых организмов. Если моль глюкозы полностью метаболизируется («сжигается») для получения энергии в клетке, он вступает в следующую химическую реакцию:
(C (H ₂ O)) ₆ + 6 O ₂ <————-> 6 CO ₂ + 6 H ₂ O + 673 ккал (энергия)
Хотя общая реакция представляет собой сопряженный процесс окисления / восстановления, в целом этот процесс включает разрыв пяти углерод-углеродных связей на молекулу глюкозы с выделением 673 ккал / моль энергии.
Однако для получения энергии организму не нужны пищевые углеводы. Белки и жиры могут удовлетворить потребности организма, а организм может преобразовывать молекулы в углеводы, необходимые для энергии и других клеточных функций. Но углеводы требуют минимальной обработки для использования в качестве энергии. Например, простая ферментативная реакция превращает сахарозу в сахар в крови, который можно использовать непосредственно в качестве источника клеточной энергии. Уловка для клетки состоит в том, чтобы преобразовать 673 ккал / моль энергии в полезную форму, чтобы они могли работать на клетку или организм.Метаболическая судьба углеводов будет обсуждаться позже в курсе.
Вторая функция углеводов — структура. Например, целлюлоза представляет собой линейный полимер глюкозы, который взаимодействует с другими полимерами целлюлозы с образованием волокон, которые взаимодействуют с образованием основной структуры клеточной стенки растений. Эти полимеры целлюлозы неперевариваемы и составляют грубые корма.
Третья функция углеводов — распознавание клеток и передача сигналов.Обычно это происходит с углеводами, конъюгированными с другими молекулами, такими как те, которые содержатся в гликопротеинах (углеводы, связанные с белками) и гликолипидах (углеводы, связанные с липидами). Поскольку очень большое количество структур может быть создано из нескольких моносахаридов (простых углеводов), очень большое количество различных структур также может быть создано из нескольких простых углеводов, как будет показано позже. Таким образом, это большое количество различных структур можно использовать для идентификации отдельных типов клеток.
Углеводные модификации (называемые гликозилированием) присутствуют на липидных мембранах и белках для специальной функции и распознавания. Уникальные углеводные образования делают белок еще более специфичным, не ограничиваясь только кодом аминокислоты. Наружная мембрана клетки усеяна углеводными цепями, которые различаются в зависимости от типа клетки. Эти углеводные гликозилирования обеспечивают «подпись» клетки, а также могут действовать как сигнал. Таким образом, гликозилирование играет важную роль в иммунном ответе и общем межклеточном взаимодействии.
Белки
После нуклеиновых кислот белки являются наиболее важными макромолекулами. Структурно белки — самые сложные макромолекулы. Белок — это линейная молекула, состоящая из аминокислот. В белках содержится двадцать различных аминокислот. Последовательность аминокислот белка определяется последовательностью оснований в ДНК, кодирующих синтез этого белка. Одна белковая молекула может состоять из сотен аминокислот. Эта последовательность аминокислот представляет собой первичную структуру белка.Размер, форма и реактивные свойства белка зависят от количества, типа и последовательности аминокислот. Аминокислотная цепь может оставаться в своей первичной линейной структуре, но часто она складывается и сама по себе образует форму. Эта вторичная структура образуется в результате локальных взаимодействий (водородных связей) боковых цепей аминокислот. К ним относятся альфа-спиральные и бета-листовые структуры. Альфа-спираль доминирует в гемоглобине, что облегчает перенос кислорода в кровь. Вторичные структуры объединены вместе с изгибами и изгибами в трехмерный белок.Эта функциональная форма называется третичной структурой белка. Дополнительный уровень организации возникает, когда несколько отдельных белков объединяются в белковый комплекс, называемый четвертичной структурой.
Белки выполняют множество важных функций внутри клетки. Многие белки служат ферментами, которые контролируют скорость химических реакций и, следовательно, реакцию клеток на внешние раздражители. Фермент может ускорить реакцию, которая в нормальных условиях длилась бы миллионы лет, и сделать это всего за несколько миллисекунд.Ферменты важны для репликации, транскрипции и репарации ДНК. Пищеварительным процессам также в значительной степени способствуют ферменты, которые расщепляют молекулы, которые в противном случае были бы слишком большими для поглощения кишечником. Ферментные белки также играют роль в сокращении мышц.
Другие белки важны для передачи сигналов и распознавания клеток. Рецепторные белки распознают вещества как чужеродные и вызывают иммунный ответ. Посредством клеточной передачи сигналов белки опосредуют рост и дифференциацию клеток во время развития.Несколько важных белков обеспечивают механическую поддержку клетки, каркас, который помогает клетке сохранять свою форму. Другие белки составляют большую часть соединительной ткани и структур организма, таких как волосы и ногти.
Для производства белка в клетках организму необходимы аминокислоты, которые мы поглощаем. Это кажется немного неэффективным, но мы едим белки, расщепляем их на аминокислоты, распределяем аминокислоты внутри тела, а затем накапливаем новые белки. Наши клетки могут синтезировать некоторые аминокислоты из аналогичных, но незаменимые аминокислоты должны быть получены с пищей, поскольку они не могут быть синтезированы.Дефицит белка в рационе приводит к недоеданию, например квашиоркор, которое широко распространено в развивающихся странах. В случае квашиоркора дефицит белка вызывает отек (опухоль), что приводит к вздутию живота. В конечном итоге белки метаболизируются в аммиак и мочевину, которые выводятся почками. Заболевание почек может привести к тому, что эти отходы накапливаются в организме, в результате чего кто-то может серьезно заболеть, что в конечном итоге приведет к смерти. Низкобелковая диета может помочь тем, чьи почки плохо функционируют.
В отличие от нуклеиновых кислот, которые должны оставаться неизменными в организме на протяжении всей жизни, белки должны быть временными — они производятся, выполняют свои функции, а затем перерабатываются. Белки также легко денатурируются (разворачивая вторичные и третичные структуры) под воздействием экстремальных температур или pH. Когда вы варите яйцо, желток и белок становятся жесткими и меняют цвет. Когда вы готовите мясо, мякоть меняет цвет и становится твердой. Эти изменения возникают из-за того, что составляющие белки денатурируют, изменяя свойства тканей.
B7. Роль углеводов на клеточной поверхности
Углеводы на клеточной поверхности представляют собой богатые информацией участки связывания для других молекул и действуют как «рецепторы» для биологических агентов, таких как вирусы, бактерии, токсины и другие клетки. Это хорошо иллюстрируется изучением свойств циркулирующих иммунных клеток. Клетки должны часто проходить через стенки капилляров, поскольку они оттачивают место инфекции. (Раковые клетки делают это так же хорошо, как они покидают границы органа, в котором они развивались, и проходят через кровеносные сосуды в новые ткани в процессе образования метастазов.) Иммунные клетки должны сначала связываться с эндотелиальными клетками (монослой клеток, выстилающих просвет кровеносных сосудов), прежде чем они смогут пройти через стенки сосудов. Белки, называемые селектинами, мы обнаруживаем на клетках, которые могут проходить через сосуды, и на эндотелиальных клетках. Всего 3 типа:
L-селектины: обнаружены в лейкоцитах («белых» кровяных тельцах, которые циркулируют в иммунных клетках)
Р-селектины: обнаружены на активированных тромбоцитах (которые могут агрегироваться с образованием сгустка крови) и активированных эндотелиальных клетках.Активация происходит во время воспалительной реакции, которая может привести к быстрому перемещению предварительно сформированных селектинов, хранящихся в цитоплазме, к мембране. Кроме того, их экспрессия может быть индуцирована.
E-селектины: обнаруживаются на активированных эндотелиальных клетках только после того, как клетки были индуцированы к их образованию определенными иммунными гормонами, называемыми цитокинами, высвобождаемыми иммунными клетками во время воспалительной реакции.
Эти селектины представляют собой трансмембранные белки с внеклеточным СНО-связывающим доменом, EGF-подобным (подобным эпидермальному фактору роста) доменом, различным количеством С (регуляторных доменов комплемента) и трансмембранным доменом.Внеклеточный связывающий домен СНО обнаружен в белках всех организмов. Белки, связывающие углеводные мотивы, называются лектинами.
Лектины и лиганды СНО
Семейство лектинов / Лектин Аббревиатура Лиганд (ы)
Растения
Конканавилин А ConA Мана1-ОЧ4
Лектин Griffonia simplicifolia 4 GS4 Тетрасахарид Льюиса b (Leb)
Агглютинин зародышей пшеницы WGA Ner5Ac (a2-> 3) Gal (b1-> 4) GlcGlcNAc (b1-> 4) GlcNAc
рицин галлон (b1-> 4) Glc
Животные
Галектин-1 галлон (b1-> 4) Glc
Маннозосвязывающий белок МБП-А октасахарид с высоким содержанием маннозы
Вирусный
Гемагглютинин вируса гриппа HA Neu5Ac (a2-> 6) Gal (b1-> 4) Glc
Белок вируса полиомы 1 VP1 Neu5Ac (a2-> 3) Gal (b1-> 4) Glc
Бактериальный
Энтеротоксин LT галлон
Холерный токсин CT пентасахарид GM1
У животных лектины облегчают межклеточные взаимодействия, образуя множественные, но слабые взаимодействия между белком и многими сахарами лиганда, с которым он связывается.
Селектины также являются частью класса молекул, называемых молекулами адгезии. Как уже упоминалось для селектинов, молекулы адгезии содержат
внеклеточный связывающий домен СНО (лектиновый домен), который опосредует связывание с соседними клетками или с внеклеточным матриксом; Селектины P, L и E могут связывать тетрасахарид, содержащий Sia-Gal-GalNAc-Fuc (называемый сиалил-Lewisx), на белках лиганда селектина и гликолипидах.
трансмембранный домен;
и цитоплазматический домен, который часто взаимодействует с цитоскелетом внутри клетки.
Селектины распознают связанные с Ser остатки СНО (тетрасахарид, содержащий сиаловую кислоту, галактозу, GalNAc и фукозу), отображаемые на трансмембранных гликопротеинах, называемых лигандами селектина. L-селектины связываются с лигандами эндотелиальных клеток, в то время как P- и E-селектины связываются с лигандами на лейкоцитах. Эти взаимодействия замедляют движение лейкоцитов по поверхности эндотелиальных клеток. Эти взаимодействия включают связывание белок-СНО.
Это начальное связывание, опосредованное взаимодействиями селектин-СНО, активирует экспрессию другой молекулы адгезии на лейкоците, интегрина, гетеродимера с цепью a и b.Они вызывают сильные взаимодействия лейкоцитов и эндотелиальных клеток, что приводит к окончательному перемещению лейкоцитов через стенку сосуда. Другими классами молекул адгезии (помимо селектинов и интегринов) являются кадгерины (кальций-зависимые молекулы адгезии) и суперсемейство иммуноглобулинов (ICAM1, ICAM2, VCAM). VCAM (молекула сосудистой адгезии) связывает интегрин, экспрессируемый на активированных лимфоцитах, что приводит к прохождению лимфоцитов из просвета сосуда в ткани. Интегрины, по-видимому, связывают белки внеклеточного матрикса через RGD (Arg-Gly-Asp), а также через мотивы LDV (Leu-Asp-Val) на белках, включая фибронектин (RGD), тромбоспондин (RGD и LDV), фибриноген (RGD). & LDV), фактор Ван Виллебранда (RGD), витронектин (RGD).Они также связывают другие матричные белки с «альфа-доменом», включая коллаген и ламинин. Взаимодействия молекулы интегрина / адгезии включают взаимодействия белок / белок.
Генбацев и др. недавно показали, что оплодотворенная яйцеклетка (на стадии бластоцисты, которая готова к имплантации в клеточную стенку матки) экспрессирует L-селектин, который обеспечивает низкое сродство (роликовое) взаимодействие оплодотворенной яйцеклетки с эпителиальными клетками матки. Эти клетки экспрессировали лиганды СНО на своей поверхности, которые связываются с L-селектином на бластоцисте.Лиганды СНО только временно экспрессируются на поверхности эпителиальных клеток матки, предположительно только тогда, когда матка подготовлена к имплантации. После первоначального взаимодействия бластоцисты и эпителиальных клеток может произойти дальнейшая экспрессия интегринов на поверхности бластоцисты. Проблемы на любом из этих молекулярных этапов могут привести к бесплодию.
Рисунок: Взаимодействие эндотелиальных клеток / лейкоцитов: селектины, интегрины и ICAM
Интересный эксперимент был недавно проведен Davis et al.это показало важность модификации белка (например, гликозилирования) для связывания и биологической функции. Посттрансляционные модификации представляют собой один из естественных способов изменения функции белка. Исследователи смогли химически изменить поверхностные характеристики белка, чтобы получить новые функции. Они сделали это, используя мутагенез для изменения поверхностных аминокислот на Cys или заменяя Mets на аналоги неприродных аминокислот, которые содержат азидные или алкиновые группы. Эти модифицированные группы затем могут определять местоположение химических модифицирующих реагентов (таких как сахара) на этих участках.Исследователи изучили пару белков, участвующих в воспалении, P-селектин, который связывает трансмембранный белок P-селектин-гликопротеин-лиганд-1, которому требуется два посттрансляционных изменения для связывания с P-селектином. Они выбрали белок, совершенно не связанный с PSGL-1, и выборочно модифицировали его, используя этот подход, чтобы он содержал гликозилированные и сульфатированные боковые цепи. Несвязанный белок связывается с Р-селектином.
Селекты: L-селектин | Р-селектин | E-selectin | Селектиновые лиганды
Краткий обзор интегринов
Inner Life of Cell: из Гарварда (подождите немного, чтобы загрузить) с повествованием
Integrins: отличный источник информации!
Jmol: обновленные домены P-Selectin Lectin / EGF (IG1Q) Jmol14 (Java) | JSMol (HTML5)
Рецептор сиаловой кислоты
Лектины, распознающие сиаловые кислоты, особенно члены семейства Siglec (лектины суперсемейства Ig, распознающие сиаловую кислоту), оказываются важными игроками в нашей предрасположенности к болезням.Как мы ранее обсуждали, у людей отсутствует ген гидрокслазы, необходимый для гидроксилирования Neu5Ac в Neur5Gc, который обнаруживается у шимпанзе, обладающих этим ферментом. Иммунная система шимпанзе, кажется, обеспечивает защиту от заражения обезьяньей версией СПИДа, цирроза и других болезней, которые люди приобретают, когда они инфицированы человеческими версиями вируса ВИЧ, гепатита B или C или других вирусов. Эти и другие заболевания, связанные с гиперактивными Т-лимфоцитами (ревматоидный артрит, астма, диабет I типа), не характерны для шимпанзе.Оказывается, существует связь между типом сиаловой кислоты и экспрессией сиглик, которая влияет на нашу предрасположенность к болезням. Варки и др. Показали, что шимпанзе и гориллы демонстрируют гораздо более высокие уровни экспрессии сиглеков на Т-клетках, которые являются критически важными регуляторными и эффекторными клетками в иммунной системе. Когда сиглек на Т-клетках активируется, Т-клеточные ответы подавляются. Хотя вирус ВИЧ в конечном итоге убивает Т-хелперные клетки, вирус сначала активирует их при инфицировании, что приводит к их пролиферации и производству большего количества клеток для заражения вирусом.
Вирус гриппа, вызвавший одни из величайших пандемий в мировой истории, также связывается с сиаловой кислотой на клетках-хозяевах через вирусный связывающий белок, называемый гемагглютинином. При связывании конформационные изменения активируют нейраминидазную активность другого вирусного белка, делая возможным разрыв гликозидной связи сиаловой кислоты и последующее проникновение вируса в клетку.
Авторы и авторство
Глава 2 — Роль углеводов в поддержании здоровья
Глава 2 — Роль углеводов в поддержании здоровья
Углеводы в рационе
Энергетический баланс
Физическая активность
Углеводы и поведение
Углеводы через жизненный цикл
Хотя количество углеводов, необходимых для предотвращения кетоза, очень мало (около 50 г / день), углеводы обеспечивают большую часть энергии в рационе большинства людей.Это желательно по многим причинам. Углеводородные продукты не только обеспечивают легкодоступную энергию для окислительного метаболизма, но и служат переносчиками важных питательных микроэлементов и фитохимических веществ. Углеводы в пище важны для поддержания гликемического гомеостаза, а также для целостности и функции желудочно-кишечного тракта. В отличие от жиров и белков, высокий уровень пищевых углеводов, полученных из различных источников, не связан с неблагоприятными последствиями для здоровья. Наконец, диета с высоким содержанием углеводов по сравнению с диетами с высоким содержанием жира снижает вероятность развития ожирения и сопутствующих заболеваний.Оптимальная диета должна состоять по крайней мере из 55% общей энергии, поступающей из углеводов, полученных из различных источников пищи.
Консультации пришли к выводу, что, когда уровень потребления углеводов составляет 75% от общей энергии или превышает его, может возникнуть значительное неблагоприятное воздействие на состояние питания из-за исключения достаточного количества белка, жира и других необходимых питательных веществ. Придя к рекомендации, согласно которой минимум 55% общей энергии приходится на углеводы, участники консультации пришли к выводу, что значительный процент общей энергии должен обеспечиваться за счет белков и жиров, но их вклад в общее потребление энергии будет варьироваться от страны к стране. другой — на основе моделей потребления продуктов питания и наличия продуктов питания.
У взрослых важно, чтобы количество потребляемой энергии соответствовало количеству затраченной энергии. Поддержание энергетического баланса важно для предотвращения ожирения и связанных с ним сопутствующих заболеваний, таких как диабет и сердечно-сосудистые заболевания. Положительный энергетический баланс и ожирение возникают, когда общее потребление энергии превышает общие затраты энергии, независимо от состава избыточной энергии. Тем не менее, состав диеты может повлиять на наличие положительного энергетического баланса и в какой степени.
Состав диеты также может влиять на способность поддерживать энергетический баланс. В частности, диеты, содержащие не менее 55% энергии из различных источников углеводов, по сравнению с диетами с высоким содержанием жиров, снижают вероятность накопления жира в организме. Существенные данные показывают, что диеты с высоким содержанием жиров, как правило, способствуют потреблению большего количества энергии, чем диеты с высоким содержанием углеводов (58,70). Этот эффект может быть связан с низкой энергетической плотностью высокоуглеводных диет, поскольку общий объем потребляемой пищи, по-видимому, является важным признаком насыщения (71).Нет данных, позволяющих предположить, что разные типы углеводов по-разному влияют на общее потребление энергии.
Помимо влияния на вероятность наличия избыточной энергии, состав диеты также влияет на долю избыточной энергии, которая будет храниться в виде жира в организме. Тело обладает большой способностью накапливать жир, а излишки диетического жира очень эффективно накапливаются в жировой ткани. С другой стороны, способность организма накапливать углеводы ограничена, а избыток углеводов не может эффективно храниться в виде телесного жира (72).Вместо этого избыток углеводов имеет тенденцию окисляться, что приводит к косвенному накоплению жира за счет снижения окисления жиров (73).
Раньше считалось, что избыток жиров и углеводов в равной степени способствует полноте. Это было связано с предположением, что липогенез de novo был обычно используемым путем для удаления избыточных углеводов. Однако имеющиеся данные позволяют предположить, что этот процесс редко встречается у людей и только в ситуациях значительного перекармливания углеводов (74).В большинстве обычных обстоятельств накопление жира в организме посредством липогенеза de novo количественно очень низкое.
Отмечая низкий общий вклад липогенеза de novo в накопление жира в организме, следует отметить, что липогенез de novo увеличивается при резистентности к инсулину и при чрезвычайно высоком потреблении сахарозы или фруктозы (74).
Поддержание энергетического баланса зависит как от потребления энергии, так и от расхода энергии.Поддержание регулярной физической активности значительно снижает вероятность создания положительного энергетического баланса независимо от состава рациона. Все согласны с тем, что сочетание диеты с высоким содержанием углеводов и регулярной физической активности является оптимальным способом избежать положительного энергетического баланса и ожирения.
Повышенные потребности в энергии при физической активности могут быть восполнены за счет углеводов или жиров. Важность углеводов в диете становится все более важной по мере увеличения количества и интенсивности физической активности.
Во многих развивающихся странах основной проблемой является удовлетворение ежедневных потребностей в энергии, создаваемых высоким уровнем ежедневного физического труда. В таких случаях следует поощрять любую комбинацию углеводов и жиров, которая дает достаточно энергии.
Многие страны рекомендуют увеличить физическую активность в свободное время. Хотя повышенная физическая активность явно увеличит потребности в энергии, они не создают потребности в определенных макроэлементах. Скорее, оптимальная диета, указанная выше, считается достаточной для обеспечения такой физической активности.
Имеются убедительные доказательства того, что добавление углеводов может улучшить работоспособность элитных спортсменов, тренированных на выносливость. Было показано, что высокоуглеводная диета в течение нескольких дней, предшествующих соревнованиям на выносливость, углеводная загрузка, высокоуглеводный прием пищи перед соревнованиями и углеводные добавки в виде углеводосодержащих напитков, — все это улучшает производительность во время езды на велосипеде и бега на длинные дистанции. Однако нет никаких доказательств того, что такие углеводные добавки улучшат работоспособность для большинства людей, которые занимаются физической активностью в рекреационных целях с меньшей интенсивностью и продолжительностью.С другой стороны, потребление углеводов после тренировки может помочь быстро восполнить истощенные запасы гликогена (75).
Было высказано предположение, что прием пищи может иметь важное влияние на поведение. Хотя предоставление завтрака детям, которые обычно не завтракают, может улучшить когнитивные способности (76), менее очевидно, что общий состав диеты может повлиять на поведение. Было высказано предположение, что потребление сахара приводит к гиперактивности у детей. Однако обширный обзор литературы в этой области (77) пришел к выводу, что нет никаких доказательств, подтверждающих утверждение о том, что потребление рафинированного сахара имеет какое-либо существенное влияние на поведение или «когнитивные способности у детей».
Поскольку глюкоза является важным топливом для центральной нервной системы, предполагается, что углеводы играют роль в памяти и когнитивных функциях. Хотя кажется, что существует связь между уровнем глюкозы и обработкой памяти, клиническое значение этой связи остается неясным.
Потребности в энергии и питательных веществах увеличиваются во время беременности и кормления грудью, и основная задача беременных женщин — удовлетворить эти повышенные потребности в энергии, чтобы обеспечить здоровое потомство.Было замечено, что там, где разнообразие продуктов питания невелико, а потребление углеводов высокое, чаще встречается низкий вес при рождении. Это вызывает опасения по поводу адекватности высокоуглеводных диет для удовлетворения потребностей беременных в энергии и питательных веществах, когда разнообразие продуктов питания ограничено. Потребности в энергии и питательных веществах должны удовлетворяться за счет употребления разнообразных углеводных продуктов. Существует также некоторая озабоченность по поводу чрезмерного потребления жиров во время беременности, поскольку это может быть связано с риском ожирения у матери.
Во многих странах младенцы получают 45-55% энергии из жира через грудное молоко или смеси и 35-45% энергии из углеводов. Хотя конкретное сокращение потребления жиров не рекомендуется в возрасте до двух лет, младенцы во многих странах придерживаются более низкожировой диеты. Это не представляет проблемы, пока соблюдаются требования к энергии. Начиная с двухлетнего возраста, следует постепенно вводить оптимальную диету (не менее 55% общей энергии из различных источников углеводов).
В течение первых четырех-шести месяцев жизни рекомендуется исключительно грудное вскармливание, так как это адаптирует концентрацию лактозы к созреванию неонатального и младенческого кишечника, особенно по мере развития микрофлоры толстой кишки и выработки амилазы поджелудочной железы. Для младенцев, вскармливаемых смесью, углеводы и другие питательные компоненты обычно должны имитировать грудное молоко в максимально возможной степени и в соответствии со стандартами Codex Alimentarius (78).
Переваривание углеводов у новорожденных и младенцев в значительной степени зависит как от созревания желудочно-кишечного тракта, так и от химической природы потребляемых углеводов.Создание микрофлоры толстой кишки отвечает за удаление углеводов в толстой кишке, превращая любые углеводы, поступающие в толстую кишку, в жирные кислоты с короткой цепью. Любые нарушения или неправильное развитие этой микрофлоры (неправильная детская смесь, антибиотики, инфекция) приводят к перегрузке толстой кишки углеводами и диарее.
Лактоза из молочных продуктов может быть основным источником углеводов для маленьких детей. Кроме того, молоко представляет собой отличный источник высококачественного белка, кальция и рибофлавина.В большинстве групп населения, даже с низкой активностью лактазы, молоко можно проглатывать в небольших количествах, особенно после еды с разбавлением путем совместного проглатывания. Ферментированные молочные продукты могут быть ценными элементами в рационе большинства людей независимо от уровня лактазы в кишечнике.
Часто переход от детства к взрослой жизни связан с изменением режима питания. В развивающихся странах дети часто потребляют очень много углеводов из одного или небольшого количества источников, в то время как взрослые имеют большее разнообразие.В таких случаях предпочтительна диета для взрослых. В развитых странах, с другой стороны, опросы показывают, что дети потребляют больше углеводов из большего числа источников, чем взрослые. В этих странах диета, потребляемая детьми, кажется более полезной. В обеих ситуациях оптимальным является не менее 55% энергии углеводов из различных источников.
Индивидуальный подход к потреблению углеводов необходим пожилым людям. Пожилые люди во многих странах подвержены риску как недоедания, так и ожирения.Характер приема пищи может измениться из-за изменений вкусовых ощущений, хронических заболеваний и приема лекарств. Хотя для предотвращения набора веса и ожирения рекомендуется диета с высоким содержанием углеводов, следует признать, что некоторым людям могут потребоваться диеты с более высокой энергетической плотностью (например, жиров), чтобы предотвратить недоедание. Оптимизация потребления углеводов для сведения к минимуму непереносимости глюкозы в более старшем возрасте является предметом рассмотрения в странах, где такая непереносимость является проблемой.

Семейство лектинов / Лектин	Аббревиатура	Лиганд (ы)
Растения
Конканавилин А	ConA	Мана1-ОЧ4
Лектин Griffonia simplicifolia 4	GS4	Тетрасахарид Льюиса b (Leb)
Агглютинин зародышей пшеницы	WGA	Ner5Ac (a2-> 3) Gal (b1-> 4) GlcGlcNAc (b1-> 4) GlcNAc
рицин		галлон (b1-> 4) Glc
Животные
Галектин-1		галлон (b1-> 4) Glc
Маннозосвязывающий белок	МБП-А	октасахарид с высоким содержанием маннозы
Вирусный
Гемагглютинин вируса гриппа	HA	Neu5Ac (a2-> 6) Gal (b1-> 4) Glc
Белок вируса полиомы 1	VP1	Neu5Ac (a2-> 3) Gal (b1-> 4) Glc
Бактериальный
Энтеротоксин	LT	галлон
Холерный токсин	CT	пентасахарид GM1

§ 1. Классификация и функции углеводов

Функции углеводов | Химическая энциклопедия

углеводы — урок. Биология, Общие биологические закономерности (9–11 класс).

Функции белков

функции углеводов в организме человека

Основная информация о значении углеводов

Основные функции углеводов

Энергетическая

Защитная способность

Структурная функция

Запасающая функция

Сигнальная функция

Строительная

Транспортная

Регуляторная

Опорная функция

Роль углеводов в организме человека

Могут выполнять сигнальные функции углеводы или липиды. Органические вещества

Книга:

Разделы на этой странице:

Углеводы.

Липиды.

Влияние адипонектина на обмен углеводов, липидов и липопротеинов: анализ сигнальных механизмов | Танянский

ВВЕДЕНИЕ

МОЛЕКУЛЯРНЫЕ ФОРМЫ АДИПОНЕКТИНА

ВЛИЯНИЕ АДИПОНЕКТИНА НА ОБМЕН УГЛЕВОДОВ, ЛИПИДОВ И ЛИПОПРОТЕИНОВ

СИГНАЛЬНЫЕ ПУТИ АДИПОНЕКТИНА

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Тонкая настройка клеточных сигналов путем гликозилирования | Журнал биохимии

Аннотация

Типы гликозилирования и их значение

Углеводы-опосредованная передача сигналов через внешние и внутренние факторы

Регулирование функций белков присоединенными углеводами

Регуляция передачи клеточных сигналов гликосфинголипидами

Усиление сигналов роста и сигналов адгезии дисиалил ганглиозидов

Регуляторные механизмы передачи клеточных сигналов на липидных рафтах

Регуляция сигналов дифференцировки и роста протеогликановыми гликозаминогликанами

Заключение

Конфликт интересов

Список литературы

Углеводно-зависимая передача сигналов от микродомена на основе фосфатидилглюкозидов индуцирует гранулоцитарную дифференцировку клеток HL60

Abstract

Материалы и методы

Результаты

Обсуждение

Благодарности

Сноски

Набор задач для клеточных мембран

Углеводы — обзор | ScienceDirect Topics

Abstract

Макромолекулы | Анатомия и физиология I

Углеводы

Углеводы

Белки

B7. Роль углеводов на клеточной поверхности

Рецептор сиаловой кислоты

Авторы и авторство

Глава 2 — Роль углеводов в поддержании здоровья

Добавить комментарий Отменить ответ