Биологические мембраны: структурная организация, функции, модификация физико-химическими агентами - Артюхов В.Г.
ISBN 5-7455-1162-1
Скачать (прямая ссылка):
Внешний сигнал
Са2+
Р1Р2
У/-------г**-''
Катализирует при сое-
динение фосфата
GTP GDP
J Са2+
белок
(неактивный)
в ^ г,
белок-Р Клеточный
(активный)
ответ
Са2+ -> Са2+— СаМ -> киназа
белок
(неактивный)
t
Рис. 17. Фосфоинозитидный путь передачи сигнала: Р1Р2 — фосфа-тидилинозитол-4,5-дифосфат; ФлС — фосфолипаза С; 1Р3 — инозитол-
1,4,5-трифосфат; DG — диацилглицерол; С-киназа — протеинкиназа С; PS — фосфатидилсерин; СаМ — кальмодулин
митохондрии). Ионы кальция образуют комплекс с Сай-свя-зывающим белком кальмодулином (СаМ), активирующим киназу, катализирующую фосфорилирование неактивного белка. Активация фосфорилированного белка обусловливает развитие клеточного ответа.
Оставшийся в мембране диацилглицерол активирует проте-инкиназу С (С-киназу). Протеинкиназа С в присутствии кислого фосфолипида — фосфатидилсерина и ионов кальция катализирует присоединение фосфата к неактивному белку. В результате фосфорилирования белка развивается ответная реакция клетки.
Диацилглицерол может подвергаться дальнейшим превращениям. Диацилглицеролкиназа в присутствии АТР фосфорилиру-ет диацилглицерол с образованием фосфатидной кислоты. Предполагают, что последняя способна выполнять роль ионофора (подвижного переносчика) для ионов кальция. При переносе этих ионов через плазматическую мембрану образуются участки с не-бислойной структурой, т.е. каналы для проникновения ионов Са2+. Кроме того, под действием диацилглицероллиназы из диацил-глицерола образуется арахидоновая кислота, окисляющаяся затем до биологически активных метаболитов — эйкозаноидов, которые сами являются эффективными модуляторами разнообраз-
ных реакций в клетке. Фосфоинозитиды регулируют процессы деления клеток, секреции гормонов, транспорта ионов.
Структурные аналоги диацилглицерола — форболовые эфиры — способствуют развитию злокачественных опухолей. Они имитируют действие диацилглицерола и обеспечивают передачу пролиферативного сигнала, однако в организме не расщепляются. Вследствие этого каскад передачи сигнала функционирует непрерывно и способствует активации процессов клеточного деления. Изучение действия токсинов и химических агентов, специфически взаимодействующих с компонентами системы передачи сигнала, необходимо для выявления молекулярных механизмов внутриклеточной сигнализации, а также развития патологических состояний организма человека.
Необходимо отметить, что вышеописанные механизмы передачи информации имеют много общих черт и включают реализацию трех основных этапов:
— взаимодействие рецептора с первичным мессенджером;
— изменение конформации и функциональных свойств мембранных белков-посредников (белка-“преобразователя” и фермен-та-“усилителя”);
— активацию вторичных мессенджеров, взаимодействие которых с определенными структурными компонентами клетки индуцирует быстрое распространение сигнала по всей клетке.
2.2. РОЛЬ ИОНОВ В ОСУЩЕСТВЛЕНИИ МЕТАБОЛИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ С УЧАСТИЕМ МЕМБРАН
Ионная регуляция является одним из важных механизмов управления внутриклеточными процессами. Изменения ионной силы или ионного состава в клетке влияют на агрегатное состояние и характер движения протоплазмы, функциональное состояние органелл, конформацию и взаимодействие биомакромолекул, изменяют активность и специфичность ферментов и муль-тиферментных систем и т.д. В осуществлении и регулировании различных метаболических процессов в клетке активное участие принимают, прежде всего, ионы металлов. Одновалентные катионы участвуют в регуляции внутриклеточного pH, являются кофакторами многих ферментов, обеспечивают электрические свойства мембран клеток. Установлено, что они контролируют активность и специфичность более 100 ферментов. Большинство
белков активируется калием; функциональная активность некоторых подавляется натрием. Например, гликолитические ферменты стимулируются ионами калия цитоплазмы. Экспериментальные данные, свидетельствующие о взаимосвязи активного транспорта одновалентных катионов с уровнем клеточного дыхания, легли в основу создания концепций ионной регуляции температуры тела теплокровных животных, согласно которым скорость метаболических процессов и соответственно теплопродукции регулируется концентрацией ионов в клетках и среде.
Ионы Na+ и К+ широко распространены в неживой природе. В клетке эти ионы распределены неравномерно: ионы натрия выбрасываются из клетки, ионы калия накапливаются в ней. В результате создается разность концентраций одновалентных ионов на клеточной мембране, необходимая для генерации возбуждения в нервных и мышечных клетках. Первично-активный транспорт ионов, осуществляющийся с использованием энергии АТР или окислительно-восстановительных реакций, происходит с участием транспортных АТФаз (см. раздел 1.2.4). Однако градиент концентрации одновалентных ионов необходим и для функционирования систем вторично-активного транспорта (в том числе сахаров и аминокислот). В клетке ионы калия являются активаторами многих ферментативных процессов, таких как синтез аце-тилхолина, синтез белка на рибосомах, дыхание митохондрий, ДНК-полимеразная и РНК-полимеразная реакции, фосфо-фруктокиназная реакция.
