Wykład 8

Question 1

Jaką część wszystkich białek komórkowych szacuje się zaangażowaną w dowolnym stopniu w błony komórkowe?

Answer 1

Większość białek w komórce jest w pewnym stopniu związana z błonami.

Question 2

Jaki procent białek stanowią białka integralne błon?

Answer 2

Około 20–30% wszystkich białek to białka integralne błonowe.

Question 3

Ile procent białek komórki ma przyłączoną kotwicę GPI?

Answer 3

Zaledwie około 0,5% białek komórkowych jest zakotwiczonych do błony przez GPI.

Question 4

Jaką część celów terapeutycznych stanowią białka błonowe?

Answer 4

Ponad 60% wszystkich zatwierdzonych celów terapeutycznych to białka błonowe.

Question 5

Spośród błonowych celów terapeutycznych, jaki procent to receptory związane z białkami G?

Answer 5

Ponad 50% błonowych celów to receptory sprzężone z białkami G (GPCR).

Question 6

Czym są receptory błonowe i jakie cechy je wyróżniają?

Answer 6

Są to białka integralne (lub trwale zakotwiczone w błonie) odpowiedzialne za odbiór i przekaz sygnałów z zewnątrz do wnętrza komórki. Ich aktywność może być modulowana przez lipidy oraz stan fizykochemiczny dwuwarstwy.

Question 7

Jakie cztery główne klasy receptorów błonowych wyróżnia się w klasyfikacji funkcjonalnej?

Answer 7

Bezpośrednio związane z kanałem jonowym, sprzężone z białkiemG (GPCR), z kinazą tyrozynową lub serynowo‑treoninową (RTK/RSK) oraz wewnątrzkomórkowe (np. receptory jądrowe).

Question 8

Jakie różnice w efekcie i czasie reakcji mają poszczególne klasy receptorów błonowych?

Answer 8

Kanały jonowe – bezpośredni efekt, odpowiedź w milisekundach; GPCR – przez białkoG i ewentualnie enzym, odpowiedź w sekundach; RTK/KS‑T – najczęściej bezpośrednio, odpowiedź w minutach; receptory wewnątrzkomórkowe – przez zmianę transkrypcji, odpowiedź w godzinach.

Question 9

Co to są receptory kinazy tyrozynowej (RTK) i jak przebiega ich aktywacja?

Answer 9

Białka transbłonowe z pojedynczą helisą TM i domeną kinazy cytoplazmatycznej. Aktywacja wymaga dimeryzacji: ligandy PDGF tworzą pre‑dimer, EGF odsłania miejsce dimeryzacji, insulina indukuje zmianę konformacyjną już istniejącego dimeru, FGF–dimer stabilizowany przez heparan.

Question 10

Jak PDGF, EGF, insulina i FGF różnią się mechanizmem dimeryzacji RTK?

Answer 10

PDGF: ligand jest dimerem i przyciąga dwa monomery; EGF: pojedyncze cząsteczki wiążą receptor i odsłaniają miejsce dimeryzacji; insulina: receptor wstępnie dimerowy, ligand indukuje przesunięcie konformacyjne; FGF: wymagane dwie cząsteczki FGF i heparan do stabilizacji dimeru.

Question 11

Czym charakteryzuje się rodzina receptorów ErbB i jak wpływa ich dimeryzacja na sygnalizację?

Answer 11

Rodzina ErbB (HER1–HER4) wiąże różne ligandy (EGF, HB‑EGF, NRG). Mogą tworzyć homo‑ lub heterodimery, a kombinacja receptorów determinuje aktywację szlaków: RAS/RAF/MEK/ERK (proliferacja), PI3K/AKT/mTOR (przeżycie), JAK/STAT (angiogeneza), PLCγ/PKC (metastaza).

Question 12

Jak zbudowany jest receptor EGFR i jak zmienia się jego struktura przy aktywacji?

Answer 12

EGFR ma cztery zewnętrzne domeny (L1–CR–L2–CR2), jedną helisę TM i domenę kinazy wewnątrzkomórkowo. W spoczynku jest monomerem w „złożonej” konformacji; po przyłączeniu EGF odsłania się interfejs dimeryzacyjny, tworzy asymetryczny dimer kinazowy i aktywuje domenę enzymatyczną.

Question 13

Co to jest asymetryczny dimer kinazowy w EGFR i dlaczego jest ważny?

Answer 13

To dimer, gdzie jedna domena kinazy („donor”) aktywuje drugą („akceptor”) przez specyficzny interfejs helis i pętli β. Mechanizm transaktywacji wzmacnia sygnał kinazy i umożliwia precyzyjną kontrolę aktywności enzymatycznej.

Question 14

Dlaczego helisy transbłonowe RTK oddziałują ze sobą i jak to wpływa na sygnalizację?

Answer 14

Helisy TM mogą tworzyć homotypowe interakcje (motyw GxxxG), stabilizując dimer i przekazując zmianę konformacyjną z domeny zewnątrzkomórkowej do domeny kinazy, co reguluje aktywność enzymatyczną.

Question 15

Gdzie znajduje się domena kinazowa RTK i jakie znaczenie ma jej lokalizacja?

Answer 15

Zawsze po stronie cytoplazmatycznej, co umożliwia fosforylację białek adaptorowych i efektorowych w cytosolu. Bliskość błony pozwala na szybkie przekazywanie sygnału do szlaków cytosolowych i jądrowych.

Question 16

Jak nadekspresja lub mutacje RTK przyczyniają się do procesów nowotworowych?

Answer 16

Nadmierna dimeryzacja lub mutacje prowadzą do konstytutywnej aktywacji szlaków proliferacji i przeżycia, sprzyjając transformacji nowotworowej. Terapie przeciw nowotworom wykorzystują inhibitory kinazowe lub przeciwciała blokujące dimeryzację.

Question 17

Jakie strategie terapeutyczne wykorzystują wiedzę o strukturze i aktywacji EGFR?

Answer 17

Monoklonalne przeciwciała blokujące domenę ligandową lub dimeryzację (np. cetuksymab), małe inhibitory kinazy (TKI) wiążące domenę ATP (np. gefitynib, erlotynib), leki allosteryczne zakłócające interfejs asymetrycznego dimera.

Question 18

Jak receptor EGFR inicjuje przekazywanie sygnału wewnątrz komórki po związaniu EGF?

Answer 18

Po związaniu EGF z zewnętrzną domeną receptora następuje odsłonięcie interfejsu dimeryzacji, utworzenie asymetrycznego dimeru kinazowego (jedna domena aktywuje drugą przez bezpośredni interfejs), a następnie autofosforylacja reszt tyrozynowych w ogonie cytoplazmatycznym, co tworzy miejsca wiążące białka adaptorowe (Grb2, PI3K, PLCγ).

Question 19

W jaki sposób powstaje asymetryczny dimer domeny kinazowej EGFR i dlaczego jest on ważny?

Answer 19

Asymetryczny dimer tworzy się, gdy jedna domena kinazy („donor”) wiąże się z drugą („akceptor”), zmieniając jej konformację na aktywną. Pozwala to na precyzyjną transaktywację kinazową, ograniczając samorzutną aktywność i zapewniając wzmocnienie sygnału tylko po prawidłowej dimeryzacji.

Question 20

Jakie główne szlaki efektorowe uruchamia fosforylowany EGFR i jakie reakcje komórkowe wywołują?

Answer 20

– RAS→RAF→MEK→ERK: proliferacja– PI3K→PIP₃→PDK1→AKT→mTOR: przeżycie, zahamowanie apoptozy– JAK→STAT: regulacja transkrypcji, angiogeneza– PLCγ→DAG→PKC: migracja, inwazja

Question 21

Jak rolę w sygnalizacji EGFR pełnią fosfatydyloinozytole (PIP₂ i PIP₃) oraz fosfataza PTEN?

Answer 21

Po aktywacji EGFR PI3K przekształca PIP₂ w PIP₃, co przyciąga PDK1 i AKT do błony, inicjując szlak przeżycia. PTEN deponuje PIP₃ do PIP₂, ograniczając sygnał AKT i pełniąc funkcję hamującą tumorogenezę przez negatywne sprzężenie zwrotne szlaku PI3K/AKT.

Question 22

Co oznacza pojęcie „próg pobudliwości” i dlaczego pojedynczy receptor nie wystarcza do wywołania odpowiedzi?

Answer 22

Każda kaskada zawiera mechanizmy autoregulacji i sprzężeń zwrotnych: sygnał musi przekroczyć minimalną amplitudę i czas trwania, by zmienić stan komórki. Pojedynczy receptor daje lokalną aktywację, ale bez skumulowania (amplifikacji) i utrzymania sygnału kaskada zostaje wygaszona.

Question 23

Jak amplifikacja sygnału w kaskadzie EGFR wpływa na odpowiedź komórki?

Answer 23

Związanie niewielkiej liczby ligandów prowadzi do rekrutacji wielu cząsteczek efektorowych na fosforylowane reszty tyrozynowe, co nasila sygnał. Amplifikacja umożliwia szybkie i rozległe pobudzenie komórki, ale dzięki pętlom zwrotnym sygnał zostaje wygaszony, jeśli nie utrzyma się odpowiednia intensywność i czas trwania.

Question 24

W jaki sposób lipidy błonowe (cholesterol, fosfatydylocholina) modulują aktywność EGFR?

Answer 24

Domeny bogate w cholesterol (SM) i fosfatydylocholinę tworzą mikrośrodowiska, w których receptory EGFR są odseparowane i stabilizowane w nieaktywnych konfiguracjach. Zapobiega to spontanicznej dimeryzacji i nadmiernej aktywacji kinazy w warunkach bazowych.

Question 25

Jak gangliozyd GM3 wpływa na aktywność kinazową EGFR?

Answer 25

GM3 wiąże się bezpośrednio z ectodomeną EGFR w błonie, blokując ruchy konformacyjne wymagane do dimeru kinazowego. Powoduje to allosteryczne hamowanie autofosforylacji i ograniczenie sygnalizacji proliferacyjnej.

Question 26

Czym różni się rekombinantny wariant EGFRvIII od pełnej formy EGFR i jakie ma to skutki?

Answer 26

EGFRvIII ma usuniętą część domeny zewnątrzkomórkowej (fragment „bra k”), co powoduje konstytutywną aktywność miejsca efektorowego niezależnie od liganda. Skutkuje to ciągłą fosforylacją i silnym pobudzeniem szlaków proliferacji i przeżycia.

Question 27

W jakich nowotworach najczęściej występuje mutacja EGFRvIII i z jaką częstością?

Answer 27

Najwyższa częstość EGFRvIII jest w raku gruczołu krokowego (100%), rdzeniaku (86%), raku piersi wewnątrzprzewodowym (78%) i jajnika (75%); w glejakach u dzieci ~66%, raku żołądka ~61%, NSCLC ~16%.

Question 28

Jak zmienia się liczba receptorów EGFR w komórkach nowotworowych w porównaniu ze zdrowymi?

Answer 28

Normalna komórka ma ok. 10⁵ receptorów EGFR; komórki rakowe mogą wyrażać ich nawet 200‑krotnie więcej, co nasila odbiór ligandów i ryzyko spontanicznej dimeryzacji.

Question 29

Jakie grupy leków celują w EGFR i jakie mechanizmy działania stosują wybrane przykłady?

Answer 29

– Przeciwciała monoklonalne (…umab/…nab): blokują wiązanie liganda (cetuximab), uniemożliwiają dimeryzację (pertuzumab), wiążą HER2 (trastuzumab).– Małe inhibitory kinazy (…nib): blokują miejsce ATP w domenie kinazowej (erlotinib, gefitinib, lapatinib).– Inhibitory Hsp90 (17‑AAG): destabilizują EGFR, prowadząc do jego degradacji.

Question 30

Jak rozpoznaje się w nomenklaturze leki celujące w receptory błonowe EGFR?

Answer 30

Przeciwciała monoklonalne kończą się zwykle na „‑nab” lub „‑zumab” (humanizowane), natomiast małe inhibitory kinaz kończą się na „‑nib”, co odzwierciedla ich zdolność przenikania przez dwuwarstwę lipidową.

Question 31

W jaki sposób domena MBD (Membrane‑Binding Domain) EGFR uczestniczy w interakcjach z efektorami?

Answer 31

MBD stanowi dodatkowe miejsce bezpośredniego wiązania białek adaptorowych (np. Grb2) niezależne od fosfotyrozyn, co zwiększa różnorodność i efektywność rekrutacji sygnałowej.

Question 32

Dlaczego mechanizmy sprzężeń zwrotnych w kaskadzie EGFR są kluczowe dla kontroli intensywności sygnału?

Answer 32

Dodatnie sprzężenia (amplifikacja) nasilają sygnał, ale ujemne sprzężenia (degradacja receptorów, aktywacja fosfataz takich jak PTEN, wewnętrzna internalizacja) zapobiegają nadmiernej i niekontrolowanej proliferacji, chroniąc komórkę przed transformacją nowotworową.

Question 33

Co wyróżnia receptor insulinowy spośród innych receptorów kinazy tyrozynowej?

Answer 33

Jest to kowalencyjnie związany homodimer już w stanie nieaktywnym; dwie podjednostki łączą się na stałe na powierzchni komórki, co odróżnia go od typowych RTK, które dimeryzują dopiero po związaniu liganda.

Question 34

Jak zmienia się konformacja receptoru insulinowego po przyłączeniu insuliny i jaki to ma skutek?

Answer 34

Ligand indukuje przejście z konformacji U („unbound”) do konformacji T („T‑shaped”), co zbliża domeny kinazowe i sprzyja ich autofosforylacji, inicjując sygnalizację.

Question 35

Jaką rolę pełnią dodatkowe, słabo wiążące miejsca ligandowe w receptorze insulinowym?

Answer 35

Mogą wiązać insulinę niższym powinowactwem, co działa jak regulacja negatywna – redukują aktywność już aktywnego receptora, zapobiegając nadmiernej sygnalizacji.

Question 36

W jaki sposób ograniczona ekspresja białka MPP1 zakłóca sygnalizację przez receptor insulinowy?

Answer 36

Niedobór MPP1 zaburza organizację tratw lipidowych, co ogranicza wymianę GDP→GTP białka H‑Ras i jego interakcję z Raf; w efekcie kaskada Raf→MEK→ERK jest słabiej aktywowana.

Question 37

Jaka jest funkcja MPP1 w kontekście struktur błonowych i propagacji sygnału?

Answer 37

MPP1 stabilizuje mikrotrawki lipidowe (rafty), umożliwiając koncentrację receptorów i białek sygnałowych w tych mikrodomenach; dzięki temu sygnalizacja przez EGFR czy IR jest wydajna i precyzyjnie regulowana.

Question 38

Jakie modyfikacje lipidowe umożliwiają kotwiczenie Ras w błonie komórkowej?

Answer 38

Na końcu C‑terminalnym Ras ma resztę farnezylową (15‑węglowy łańcuch) oraz palmitoilowe łańcuchy (1 u N‑Ras, 2 u H‑Ras). K‑Ras zamiast palmitoilowania posiada obszar zasadowy (poli-Lys).

Question 39

Dlaczego obszar zasadowy w K‑Ras jest ważny dla jego lokalizacji i aktywności?

Answer 39

Poli‑lizynowy region oddziałuje elektrostatycznie z ujemnie naładowanymi fosfolipidami (np. fosfatydyloinozytolem) w błonie, co stabilizuje przyłączenie K‑Ras i wspomaga rekrutację efektorów.

Question 40

W jaki sposób farnezylacja i palmitoilacja wpływają na różnice między izoformami Ras?

Answer 40

Farnezylacja jest niezbędna do początkowego osadzenia wewnątrzbłonowego; palmitoilacja dodatkowo wzmacnia osadzenie i może kierować isoformy (H‑ vs. N‑Ras) do odmiennych mikrodomen błonowych, modulując interakcje z efektorami.

Question 41

Co to są receptory GPCR i jaka jest ich podstawowa topologia w błonie?

Answer 41

To receptory sprzężone z białkiem G (G‑protein Coupled Receptors) z jednym łańcuchem polipeptydowym, który siedmiokrotnie przechodzi przez błonę (7TM helis).

Question 42

Jak są zorientowane końce łańcucha GPCR względem komórki?

Answer 42

Końcówka N‑terminus znajduje się na zewnątrz komórki, gdzie wiąże ligand; C‑terminus jest po wewnętrznej stronie, gdzie wiąże białko G i ulegają modyfikacjom (fosforylacja).

Question 43

Ile pętli zewnątrzkomórkowych i wewnątrzkomórkowych tworzy GPCR i jaka jest ich funkcja?

Answer 43

GPCR tworzy trzy pętle zewnątrzkomórkowe (EL1–EL3), które uczestniczą w rozpoznawaniu ligandów, oraz trzy pętle wewnątrzkomórkowe (IL1–IL3), które przenoszą sygnał na białko G i ulegają regulacji przez kinazy.

Question 44

Jaka jest rola helis transbłonowych w GPCR poza utrzymywaniem struktury?

Answer 44

Helisy TM układają się w specyficzną wiązkę tworząc miejsc wiązania ligandów małocząsteczkowych, a po przyłączeniu liganda zmieniają ułożenie względem siebie, inicjując konformacyjne zmiany umożliwiające interakcję z białkiem G po stronie cytoplazmatycznej.

Question 45

Dlaczego modyfikacje lipidowe i stan dwuwarstwy błonowej są istotne dla działania GPCR i Ras?

Answer 45

Lipidy (cholesterol, sfingolipidy) i ich organizacja w raftach decydują o rozmieszczeniu i grupowaniu GPCR czy Ras; odpowiednie środowisko lipidowe wspiera stabilne interakcje z białkami sygnałowymi oraz zapewnia precyzyjną regulację aktywacji i wygaszania sygnału.

Question 46

Jakie znaczenie ma dynamiczne przemieszczanie się GPCR pomiędzy mikrotrawami a pozostałą błoną w kontekście sygnalizacji?

Answer 46

Przesuwanie pomiędzy raftami a nie‑raftami reguluje dostępność receptorów do określonych efektorów i kinaz, wpływając na siłę i czas trwania sygnału; może też kierować receptory do internalizacji lub degradacji, co stanowi mechanizm negatywnej regulacji.

Question 47

Na czym polega aktywacja klasycznego GPCR i jakie zmiany zachodzą w białku G?

Answer 47

Ligand wiąże GPCR → wymiana GDP na GTP w podjednostce Gα → Gα–GTP oddysocjowuje się od receptora i od podjednostki βγ → obie części aktywują efektory (np. cyklazę adenylanową) → sygnał trwa, dopóki Gα nie zhydrolizuje GTP do GDP, co jest wspomagane przez białka RGS.

Question 48

Jakie modyfikacje lipidowe umożliwiają kotwiczenie podjednostek Gα i Gγ w błonie?

Answer 48

Gα jest palmitoilowana (jedna lub więcej reszt kwasu palmitynowego) natomiast Gγ jest izoprenylowana na końcu C‑terminus (np. farnezylacja lub geranylogeranylog) i dodatkowo często amidowana; umożliwia to stabilne osadzenie obydwu podjednostek w dwuwarstwie.

Question 49

Co się dzieje po oddysocjowaniu liganda od GPCR?

Answer 49

Receptor może zostać poddany desensytyzacji (fosforylacja, β-arrestyna) lub internalizacji, natomiast uruchomiony sygnał przez G‑proteinę trwa autonomicznie do momentu hydrolizy GTP w Gα.

Question 50

Jakie główne podklasy GPCR wyróżnia się ze względu na typ ligandów i mechanizm aktywacji helis TM?

Answer 50

– A (rhodopsin-like): aminy, nukleotydy, eikozanoidy (EL1–EL3 wiążą ligand).– B (secretin-like): peptydowe hormony (LH, FSH, TSH).– C (metabotropic glutamate/GABA): duże ligandy, wymagana dimerizacja.– D (proteazy/ PAR): aktywowane przez proteolizę N-końca.– E (glycoprotein hormones): wymagają oddzielnych łańcuchów.– F (Wnt/Frizzled): lipidy.

Question 51

Co robią fosfolipazy A, a jakie produkty powstają w wyniku ich działania?

Answer 51

Fosfolipaza A1 i A2 odcina jeden z łańcuchów kwasów tłuszczowych z glicerofosfolipidu, tworząc lizofosfolipid i wolny kwas tłuszczowy (np. arachidonowy), który może być prekursorem eikozanoidów.

Question 52

Jak działa fosfolipaza C (PLC) i jakie są jej główne domeny funkcjonalne?

Answer 52

PLC rozcina wiązanie estrowe między glicerolem a resztą fosforanową w PI(4,5)P₂ → powstaje DAG (lipofilna końcówka) i IP₃ (główka polarna). Ma domenę PH specyficznie wiążącą PI(4,5)P₂ (silniej IP₃ niż PI(4,5)P₂) oraz katalityczną C2/EF do hydrolizy.

Question 53

Jaki jest efekt biologiczny DAG i IP₃, powstałych z PI(4,5)P₂ przez PLC?

Answer 53

IP₃ wiąże się z receptorem w ER → uwalnia Ca²⁺ do cytosolu → aktywacja kinaz zależnych od Ca²⁺. DAG pozostaje w błonie, aktywuje PKC, które fosforyluje białka docelowe.

Question 54

Co wytwarza fosfolipaza D (PLD) i jaka jest specyfika jej aktywności?

Answer 54

PLD odcina główkę polarnej grupy (np. cholinową) od fosfatydylocholiny → powstaje fosfatydowy kwas (PA) i uwolniona cholina. PA może być przekształcany do DAG lub pełnić funkcję sygnałową samodzielnie.

Question 55

Dlaczego rola lipidów i mikro‑domen („raftów”) jest kluczowa dla GPCR, Ras i RTK?

Answer 55

Rafty bogate w cholesterol i sfingolipidy koncentrują receptory, białka G, Ras i efektory w wydzielonych obszarach błony, zwiększając lokalną efektywność interakcji, precyzując sygnalizację i regulując internalizację oraz wygaszanie sygnału.

Question 56

Jak można eksperymentalnie śledzić aktywację GPCR i jego oddziaływanie z G‑proteiną?

Answer 56

– FRET/BRET między etykietami na GPCR i Gα/βγ.– Pomiar wymiany nukleotydu przy użyciu fluorescentnych analogów GTP.– Assay cyklazy adenylanowej (cAMP) lub fosfolipaz (IP₃, DAG).– Mutacje blokujące modyfikacje lipidowe, obserwując zmianę lokalizacji i sygnalizacji.

Question 57

Jakie domeny PKC odpowiadają za wiązanie jonów wapnia oraz diacyloglicerolu i jakie mają powinowactwo?

Answer 57

Domena C2 ma niskie powinowactwo do Ca²⁺ i umożliwia przyciągnięcie kinazy do błony, natomiast domena C1 silnie wiąże DAG, stabilizując PKC w dwuwarstwie lipidowej.

Question 58

Co powoduje aktywację PKC po połączeniu z błoną?

Answer 58

Po związaniu Ca²⁺ z C2 i DAG z C1 uwalnia się autoinhibujący pseudosubstrat w N‑końcu, odsłaniając pętlę aktywacyjną, w której PDK1 fosforyluje PKC w motywie aktywacyjnym. Następnie PKC autophosphoryluje motyw hydrofobowy i turn‑motif, co stabilizuje jego aktywną konformację.

Question 59

Jak PKC przekazuje sygnał dalej i jakie czynniki modulują jego dezaktywację?

Answer 59

Po aktywacji PKC in vivo wiąże DAG i Ca²⁺, co prowadzi do fosforylacji substratów („downstream signalling”). Dezaktywacja następuje przez fosfatazy usuwające reszty fosforanowe, a nieaktywny PKC jest stabilizowany przez białka opiekuńcze (np. Hsp70), które przygotowują go do ponownej fosforylacji i zakotwiczenia w cytoszkielecie.

Question 60

Co to jest szlak PI3K–Akt i jakie pełni funkcje w komórce?

Answer 60

To kaskada, w której aktywowany receptor lub GPCR uruchamia PI3K, syntetyzując PI(3,4,5)P₃ z PI(4,5)P₂. PI(3,4,5)P₃ rekrutuje Akt do błony, gdzie jest fosforylowany, co prowadzi do wzrostu, proliferacji, migracji, angiogenezy i przeżycia komórki. Szlak jest wysoko konserwowany i występuje we wszystkich eukariotycznych komórkach.

Question 61

Jak Akt (PKB) jest rekrutowany do błony i które jego reszty ulegają ekspozycji i fosforylacji?

Answer 61

Akt jest przyciągany do błony przez domenę PH, która specyficznie wiąże PI(3,4,5)P₃. To powoduje konformacyjne odsłonięcie Thr³⁰⁸ w domenie kinazowej i Ser⁴⁷³ w C‑końcu, które są fosforylowane przez PDK1 (Thr³⁰⁸) i mTORC2 (Ser⁴⁷³), w pełni aktywując kinazę.

Question 62

Co się dzieje z Akt, gdy spada poziom PI(3,4,5)P₃ w błonie?

Answer 62

Przy obniżeniu PI(3,4,5)P₃ domena PH traci swoje ligandy, co prowadzi do defosforylacji Thr³⁰⁸ i Ser⁴⁷³ przez fosfatazy, a Akt wraca do konformacji nieaktywnej w cytosolu.

Question 63

Czym są fosfatydyloinozytole (PI) i dlaczego występują w bardzo niskich stężeniach w komórce?

Answer 63

To lipidy sygnałowe z główką inozytolu i różnie fosforylowanymi grupami (PIP, PIP₂, PIP₃). Ich metabolizm jest ściśle skorelowany ze stanem fizjologicznym, a niskie stężenie wynika z tego, że są aktywnymi, krótkotrwałymi mediatorami przekazu sygnału.

Question 64

Jaka jest typowa reszta kwasu tłuszczowego w pozycji sn‑2 fosfatydyloinozytolu?

Answer 64

W pozycji sn‑2 zwykle występuje reszta kwasu arachidonowego (20:4), co pozwala na dalszą syntezę eikozanoidów, natomiast w sn‑1 są nasycone łańcuchy, np. stearynian (18:0).

Question 65

Jak różni się skład PI w zależności od tkanki lub organizmu?

Answer 65

Stosunek poszczególnych izomerów PI, PI(4)P, PI(4,5)P₂, PI(3,4,5)P₃ i długość łańcuchów kwasów tłuszczowych zmienia się w zależności od tkanki (np. mózg vs wątroba) oraz gatunku – odzwierciedla to specyficzne zapotrzebowanie na sygnalizację lipidową.

Question 66

Jaką rolę pełni PTEN w regulacji poziomu PI(3,4,5)P₃?

Answer 66

PTEN to fosfataza usuwająca ładunek z PI(3,4,5)P₃, przekształcając je w PI(4,5)P₂. Negatywnie reguluje szlak PI3K–Akt, pełniąc funkcję supresora nowotworzenia przez ograniczenie nadmiernej aktywacji Akt.

Question 67

Co charakteryzuje fosfatydyloinozytole jako lipidy sygnałowe pod względem ładunku i stężenia w komórce?

Answer 67

Są to silnie ujemnie naładowane cząsteczki (wypadkowy ładunek od –2 do –7), występujące w bardzo niskich stężeniach, ponieważ pełnią rolę krótkotrwałych mediatorów sygnałowych, a nie głównych składników błony.

Question 68

Jakie domeny białkowe rozpoznają poszczególne fosfatydyloinozytole i czym się różnią pod względem specyficzności?

Answer 68

– PH: wiąże głównie PI(4,5)P₂ lub PI(3,4,5)P₃ bardzo specyficznie (kieszeń)– PX/FYVE: rozpoznają PI3P i PI3,5P₂ (Zn‑palec)– C1: wiąże DAG i fosforolestery– C2: niskie powinowactwo do Ca²⁺, wiąże zużyte produkty sygnału– PROPPIN/ENTH/ANTH: o średniej specyficzności, często wielofunkcyjne i wiążą różne PI lub inne lipidy błonowe.

Question 69

W jakim stopniu oddziaływanie domen lipid‑wiązących zależy od charakteru ładunku, a w jakim od kształtu kieszeni białkowej?

Answer 69

Większość domen nie ogranicza się do prostego wiązania jonowego; dobrze zdefiniowane „kieszenie” w PH, PX czy FYVE nadają wysoką specyficzność geometrią i hydrofobowymi interakcjami. Miejsca powierzchniowe (np. ANTH, BAR) wiążą lipidy z niższą specyficznością, lecz umożliwiają rozpoznanie cech membrany.

Question 70

Jak współdziałanie kilku domen w jednym białku zwiększa efektywność wiązania lipidów?

Answer 70

– Tandemowe/domtyczne: dimerizacja lub kolejność domen w tandemie tworzy wielopunktowe interakcje (wzmacnia powinowactwo)– Multidomenowość: jednoczesne rozpoznawanie różnych PI i białek prze­błonowych zwiększa selektywność– Multifunkcjonalność domen: np. PH może łączyć PI i białko, BAR rozpoznaje krzywiznę i lipidy.

Question 71

W jaki sposób kontekst lipidowy (sąsiedztwo innych lipidów, jony, cholesterol) moduluje wiązanie PI przez białka?

Answer 71

– Ładunek wypadkowy PI zależy od sąsiedztwa np. PE zmienia pKa grup aminowych PA i wpływa na wiązanie– Jony chaotropowe eliminują wiązania wodorowe, obniżając afin­ity– Dwu‑ i wielowartościowe kationy (Ca²⁺, Mg²⁺) klastrowanie lipidów o ładunku niezerowym– Cholesterol zmienia konformację główek polar­nych glikolipidów, wpływając na ekspozycję i dostępność.

Question 72

Co to są mikro­domeny lipidowe (rafty) i jaki mają wpływ na sygnałowanie PI i białek z domenami wiążącymi lipidy?

Answer 72

Rafty – wzbogacone w cholesterol i sfingolipidy regiony błony – koncentrują PI, kinazy i domeny PH/PX/FYVE, zwiększając lokalne stężenie ligandów i receptorów. Umożliwia to szybsze i bardziej precyzyjne przekazywanie sygnału oraz segregację receptorów do internalizacji lub degradacji.

Question 73

Jak modulacja GM1 przez cholesterol wpływa na kapacytację plemników i interakcję z białkami osłony przejrzystej?

Answer 73

W plemnikach o wysokiej zawartości steroli GM1 jest „ukryty” i niemożliwy do rozpoznania przez białka lec­tyny. Podczas transportu do jajowodu spada cholesterol, co zmienia konformację główki GM1 i uwalnia ją ze SVS2. Ekspozycja GM1 umożliwia wiązanie do białek błony komórkowej komórki jajowej, co jest kluczowe dla przyłączenia do osłony przejrzystej.

Question 74

Dlaczego fosfatydyloinozytole mogą mieć różne długości i stopnie nasycenia łańcuchów tłuszczowych, i jakie to ma znaczenie?

Answer 74

W pozycji sn‑1 zazwyczaj nasycone (np. stearynian), w sn‑2 – kwas arachidonowy (20:4) – prekursory eikozanoidów. Różnorodność długości i nasycenia wpływa na lepkość błony, selektywność oddziaływania z białkami i szybkość przekształcania w drugie przekaźniki.

Question 75

Jak PTEN reguluje sygnałowanie przez PI(3,4,5)P₃ i dlaczego jest określany supresorem nowotworowym?

Answer 75

PTEN defosforyluje PI(3,4,5)P₃ do PI(4,5)P₂, ograniczając rekrutację Akt przez jego domenę PH i wyciszając ścieżkę PI3K–Akt. Dzięki temu hamuje proliferację i przeżycie komórek – mutacje lub utrata PTEN prowadzą do nadmiernej aktywacji Akt i sprzyjają transformacji nowotworowej.

Question 76

Jak różne domeny PH mogą się różnić między białkami pod względem powinowactwa i specyficzności do PI(3,4,5)P₃?

Answer 76

Nawet te same typy domen (np. PH) w różnych białkach mają różne „kieszenie” o odmiennych resztach aminokwasowych, co zmienia oddziaływanie z fosforami inozytolu i resztami tłuszczowymi. Niektóre PH wymagają wzmocnienia dwuwymiarowego przez rafty, inne są wysoce specyficzne (> nanomolar), a jeszcze inne działają bardziej promis‑sively.

Question 77

W jaki sposób można doświadczalnie badać wiązanie domen PH/PX/FYVE z PI w błonie?

Answer 77

– SPR (surface plasmon resonance) z naniesioną PI na liposomy– FRET między domeną powiązaną z fluoroforem a rodaminowanym PI– Pęcherzyki lipidowe z różnym składem lipidów i pomiar wiązania białka– Mutageneza reszt kluczowych dla interakcji i ocena zmian afin­ity przez ITC (kalorymetria izotermalna) lub cosedimentation assay z pęcherzykami.

Question 78

Dlaczego siła wiązania domen lipidowych może być kooperatywna i jak to poprawia sygnałowanie?

Answer 78

Kooperatywne wiązanie (dimerizacja domen lub wielopodstawowe interakcje) prowadzi do ostrego progu pobudzenia: przy niskim stężeniu PI wiązanie jest słabe, ale po przekroczeniu progu następuje gwałtowne oligomeryzowanie białek na błonie, co wzmacnia sygnał i zapewnia wyraźną odpowiedź komórkową, zapobiegając „szumowi” przy niskiej aktywności kinaz.

Question 79

Jak kontekst membranowy i zmiany lokalnego składu lipidów decydują o kierunku przekazywania sygnału i jego wygaśnięciu?

Answer 79

Lokalna konwersja PI(4,5)P₂ do DAG/IP₃ lub PI(3,4,5)P₃ oraz rekrutacja asymetrycznych kinaz/fosfataz tworzy strefy aktywacji. Następnie internalizacja receptorów lub fosfataz (PTEN, SHIP) w tych strefach wygasza lokalny sygnał. Zmiana chizo‑ and raftów, klastrowanie lipidów przez Ca²⁺/Mg²⁺ oraz modyfikacje główek lipidowych przez cholesterols i PE modulują zarówno propagację, jak i wygaszanie.