Биологические мембраны: структурная организация, функции, модификация физико-химическими агентами - Артюхов В.Г.
ISBN 5-7455-1162-1
Скачать (прямая ссылка):
3. Рецепторы, обладающие ферментативной активностью
Представляют собой моно- или олигомерные белки, имеющие центр связывания первичного мессенджера, локализованный на внешней поверхности мембраны. На внутреннюю (цитоплазматическую) сторону мембраны обращен каталитический участок, активируемый в результате воздействия на молекулу рецептора внешнего сигнала. К рецепторам, обладающим ферментативной активностью, относят рецепторные протеинкиназы, способные аутофосфорилироваться и фосфорилировать белки-мишени по ти-розиновым остаткам, а также протеинтирозинфосфатазы, дефос-форилирующие фосфотирозиновые остатки белков-мишеней. Они участвуют в регулировании процессов деления клетки, их дифференцировании, развитии иммунного ответа. Рецепторные гуа-нилатциклазы, катализирующие синтез cGMP из GTP, необходимы для регуляции водно-солевого обмена и тонуса сосудов.
Развитие вторичного (клеточного) ответа в результате функционирования компонентов каскада передачи внешнего сигнала реализуется на разных уровнях: транскрипции, трансляции и на уровне изменения структурно-функционального состояния ключевых внутриклеточных белков. Последний механизм включает обратимую ковалентную модификацию белков (фосфорилирова-
иие, метилирование, ацилирование), изменение функциональных свойств белков непосредственно или опосредованно под действием вторичных мессенджеров, модуляцию свойств олигомерных белков посредством ассоциации — диссоциации субъединиц, обратимые переходы белков из свободного состояния в связанное (изменение компартментализации)*. Более подробно некоторые из вышеназванных способов регулирования метаболических процессов описаны в разделе 2.3.
2.1.2. Аденилатциклазный путь передачи сигнала
Наиболее полно охарактеризованы два основных пути передачи информации в клетке, которые различаются природой и свойствами вторичных мессенджеров. В аденилатциклазном пути в качестве внутриклеточного посредника выступает циклический аденозинмонофосфат. В фосфоинозитидном пути действует группа мессенджеров: ионы кальция и образующиеся из мембранных фосфолипидов инозитолтрифосфат и диацилглицерол.
Схема аденилатциклазного пути передачи информации в клетке представлена на рис. 16.
Стимулирующий внешний сигнал
Ингибирующий внешний сигнал
белок
? (неактивный)
АТР
с АМР + А-киназа^ R-cAMP + С
^белок-Р (активный)
I
Клеточный
ответ
Рис. 16. Аденилатциклазный путь передачи информации: Rs и R, — соответственно стимулирующие и ингибирующие рецепторы; Gg и Gt — соответственно стимулирующие и ингибирующие G-белки; АС — аде-хгалатциклаза; А-киназа — протеинкииаза A; R и С — регуляторная и каталитическая субъединицы протеиикиназы А
* За открытие обратимого фосфоршгарования белков как биологического регуляторного механизма Э. Фишеру и Э. Кребсу в 1.992 г. присуждена Нобелевская премия.
.Стимулирующие Gs-белки взаимодействуют со стимулирующими рецепторами G-белков (Rs), а ингибирующие Gi-белки — с ингибирующими рецепторами (Ri). Связывание внешней сигнальной молекулы с рецептором индуцирует конформационные изменения последнего, которые передаются на G-белки. В ответ на это G-белок приобретает способность присоединять GTP и воздействовать на функциональную активность аденилатцик-лазы (т.е. “усилительного” фермента). Gs-белок активирует аде-нилатциклазу, а Gi-белок ингибирует ее (см. табл. 9). Активность комплекса Gs-GTP подавляется в результате гидролиза GTP до GDP, катализируемого гуанозинтрифосфатазой. Ингибирование этого фермента холерным токсином приводит к увеличению времени жизни комплекса G-белок — GTP. Клетка начинает вырабатывать сАМР независимо от действия внешнего сигнала. В клетках кишечника сАМР вызывает сильную секрецию жидкости, что приводит к тяжелой диарее, которой страдают больные холерой.
Конечные стадии передачи сигнала осуществляются с участием сАМР-зависимых протеинкиназ (А-киназ), сАМР специфически связывается с регуляторной субъединицей протеинкина-зы. Это приводит к активации каталитической субъединицы белка и ее отделению от регуляторной. Каталитическая субъединица в свободном состоянии может фосфорилировать определенный белок, активация которого и обусловливает ответ клетки на воздействие внешнего сигнала.
2.1.3. Фосфоинозитидный путь передачи информации
В этом механизме передачи сигнала в клетку активное участие принимают мембранные фосфолипиды, в частности, фосфа-тидилинозитол, на долю которого приходится от 2 до 8 % фосфолипидов клеточных мембран.
Внешний сигнал после взаимодействия с рецептором активирует Gp-белок (рис. 17), а затем — “усилительный” фермент — фосфодиэстеразу (фосфолипазу С), которая расщепляет фосфа-тидилинозитол-4,5-дифосфат (Р1Р2) на водорастворимый инози-тол-1,4,5-трифосфат (1Р3) и липидорастворимый диацилглице-рол (DG). Инозитолтрифосфат и диацилглицерол являются вторичными мессенджерами. Гидрофильный инозитолтрифосфат диффундирует в цитоплазму и вызывает освобождение ионов Са2+ из внутриклеточных депо (эндоплазматический ретикулум,
