Биологические мембраны: структурная организация, функции, модификация физико-химическими агентами - Артюхов В.Г.
ISBN 5-7455-1162-1
Скачать (прямая ссылка):
В настоящее время не вызывает сомнений тот факт, что биологические мембраны играют ключевую роль в процессах приема, переработки и передачи информации в клетке, обеспечивающих согласованное протекание множества биохимических реакций целостного организма. Изучение молекулярных механизмов регуляции клеточного метаболизма с помощью внешних (первичных) и внутриклеточных (вторичных) сигналов (проблемы клеточной сигнализации) является предметом пристального внимания биофизиков, биохимиков, молекулярных биологов, иммунологов. Эта стремительно развивающаяся область мембранологии как комплексной научной дисциплины начала развиваться во второй половине XX века после открытия Е. Сазерлендом (Нобелевский лауреат, 1971) циклического аденозин-3,5-монофосфата (сАМР) и создания концепции вторичных сигналов (мессенджеров). Рассмотрим более подробно основные принципы функционирования систем получения и переработки информации в клетке.
2.1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОЦЕССОВ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ В КЛЕТКЕ
Внешний сигнальный агент, называемый первичным мессенджером,, как правило, не проникает внутрь клетки, а специфически взаимодействует с рецепторами наружной клеточной мембраны. В качестве первичных мессенджеров выступают различные химические соединения (гормоны, нейромедиаторы) или физические факторы (квант света). Однако гидрофобные стероидные и тиреоидные гормоны способны диффундировать через липидный бислой внутрь клетки и связываться с растворимыми рецепторными белками. Если внешняя сигнальная молекула воздействует на рецепторы клеточной мембраны и активирует их, то последние передают полученную информацию на систему белковых компонентов мембраны, называемую каскадом передачи сигнала. Мембранные белки каскада передачи сигнала подразделяют на белки-преобразователи, связанные с рецепторами, и ферменты-усилители, связанные с белками-преобразователями и активирующие вторичные внутриклеточные мессенджеры, перено-
сящие информацию внутрь клетки. В роли вторичных мессенджеров выступают малые молекулы и ионы: сАМР, циклический гуанозин-3,5-монофосфат (cGMP), инозитол-1,4,5-трифосфат (1Р3), диацилглицерол (DG), арахидоновая кислота, ионы кальция. Вторичные мессенджеры характеризуются следующими свойствами: имеют небольшую молекулярную массу и с высокой скоростью диффундируют в цитоплазме; быстро расщепляются и быстро удаляются из цитоплазмы (например, ионы кальция выкачиваются во внешнюю среду или поступают во внутриклеточные депо с помощью Са2+-АТФаз). В противном случае система передачи информации будет функционировать в отсутствие первичного мессенджера, что приведет к нарушению протекания метаболических реакций в клетке и возникновению патологических состояний организма. Таким образом, процесс передачи внешнего сигнала с помощью внутримембранных компонентов каскада представляет собой совокупность последовательных стадий изменения конформационного состояния и функциональной активности белков, связанных друг с другом непосредственно или опосредованно с участием других структурных элементов мембран.
2.1.1. Особенности структуры и функций мембранных рецепторов
В плазматических мембранах про- и эукариотических клеток локализованы различные специализированные рецепторные системы, процессы функционирования которых включают реализацию следующих стадий:
— связывание первичного мессенджера с рецептором;
— передачу информации о связывании внешнего сигнала с рецептором на мембранные белковые компоненты каскада;
— формирование первичного и вторичного клеточного ответа.
Обнаружены суперсемейства рецепторных белков со сходной
первичной структурой, но различными функциями, взаимодействующих с определенным типом лигандов и вызывающих развитие специфического клеточного ответа (табл. 8).
Большинство рецепторов представлены олигомерными мембранными белками - гликопротеинами. Функции рецепторов могут выполнять и мембранные ганглиозиды. Взаимодействие рецепторов с лигандами специфично: молекулы — инициаторы трансмембранной передачи сигнала активируют рецепторы, воздействуя на последние в концентрациях 10~8 моль/л и менее.
Таблица 8 Некоторые суперсемейства структурно родственных рецепторов мембран эукариот
№ Суперсемейство рецепторов Функции
п /п
1 Иммуноглобулиновое суперсемейство: Развитие иммуно
Т-клеточный рецептор логических реакций
Главный комплекс гистосовместимости
класса II
IgA/IgM-рецеп торы
Поверхностные иммуноглобулины
2 Интегрины: Связывание с компо
Фибронектиновые рецепторы нентами внекле
Гликопротеиновый комплекс точного матрикса и
тромбоцитов белками адгезии
