Биологические мембраны: структурная организация, функции, модификация физико-химическими агентами - Артюхов В.Г.
ISBN 5-7455-1162-1
Скачать (прямая ссылка):
Регуляторные механизмы, в реализации которых, очевидно, участвуют вторичные мессенджеры (например, Са2+ и сАМР), гормоны, биогенные амины, нейротрансмиттеры и другие факторы, наименее изучены. Однако не вызывает сомнений, что именно благодаря им происходит более тесное сопряжение натриевого насоса с важнейшими процессами клеточного метаболизма.
Существенное значение для проявления функциональной активности Na+, К+-АТФазы и других векторных ферментов (Са2+-АТФаза, аденилатциклаза, цитохромоксидаза), состоящих из нескольких субъединиц, имеют степень олигомеризации и кооперативные взаимодействия субъединиц или доменов в составе олигомерных молекул, которые находятся под контролем внутренних и внешних факторов. Все вышеперечисленные регуляторные звенья, а именно: взаимодействие физиологических лигандов со специфическими центрами связывания; индуцируемые лигандами взаимодействия доменов внутри субъединиц, отдельных субъединиц, протомеров, олигомерных комплексов; модуляторные эффекты липидного матрикса — лежат в основе краткосрочной (быстрой) или “оперативной” регуляции активности векторных ферментов биомембран при изменении функционального состояния клетки. Этот механизм реализуется за счет электростатических, гидрофобных, ван-дер-ваальсовых взаимодействий,
водородных, ковалентных связей, участвующих в поддержании липид-белковых, белок-белковых, липид-липидных взаимодействий (раздел 1.4).
“Долгосрочный” механизм регулирования активности мембранных ферментов реализуется за счет белоксинтезирующей системы клетки и заключается в поддержании оптимального соотношения между скоростью биосинтеза и распада этих ферментов. Он направлен на обеспечение биогенеза необходимого количества функционально активных молекул и олигомерных комплексов векторных ферментов, приходящихся на единицу площади поверхности мембраны. “Долгосрочный” механизм связан с действием различных гормонов, вторичных мессенджеров и других факторов на плазматическую мембрану клетки.
Биосинтез векторных ферментов биомембран на начальных стадиях происходит аналогично синтезу большинства белков эукариотических клеток, однако имеет и ряд особенностей. Так, мембранные белки синтезируются, как правило, в виде неактивных форм (проферментов), которые с помощью селективного протео-лиза превращаются в активные формы в ходе посттрансляцион-ной модификации. Вероятно, биосинтез различных субъединиц олигомерных молекул мембранных белков происходит на разных мРНК в шероховатой (гранулярной) эндоплазматической сети. Полагают, что эффективность синтеза мембранных белков значительно повышается за счет объединения отдельных рибосом в полисомы. Однако более детальные исследования, касающиеся выявления важных аспектов биогенеза мембранных белков, остаются не выясненными до настоящего времени.
“Краткосрочный” и “долгосрочный” механизмы регулирования активности мембранных ферментов в реальных условиях in vivo дополняются многочисленными компонентами: функциональным “сопряжением” одного фермента с другими, наличием каскадных механизмов регуляции, “модуляцией” активности белков мембран в результате воздействия физических агентов. В целом процесс регулирования функционирования векторных белков-ферментов биомембран рассматривается как сложное-вза-имодействие “подсистем” универсального регуляторного механизма, обеспечивающее структурно-функциональную интеграцию компонентов мембран и поддержание клеточного гомеостаза (рис. 25). Универсальность основных регуляторных механизмов векторных ферментов биомембран обусловлена сходством их
Рис. 25. Схема процессов регуляции активности векторных ферментов биомембран (А. В. Кравцов, И. Р. Алексеенко, 1990)
структурной организации и трансмембранным характером выполняемых ими функций. Вместе с тем остается открытым вопрос о приоритетности того или иного регуляторного механизма и об их взаимодействии в процессе функционирования каждого конкретного фермента. Таким образом, разрабатываемая в настоящее время концепция общности принципов регуляции активности ферментов, выполняющих трансмембранные функции, требует новых экспериментальных доказательств.
2.3.4. Молекулярные механизмы нейрогуморальной регуляции функций клеток
Функционирование клеток различных тканей в составе целостного организма обеспечивается взаимосвязанными механизмами нейрогуморальной регуляции с участием нейромедиаторов и гормонов, синтезируемых соответственно нервными клетками и железами внутренней секреции. Следует подчеркнуть, что основные механизмы (рис. 26) такой регуляции реализуются при непосредственном участии различных молекулярных компонентов биомембран. Охарактеризуем более подробно представленные на этом рисунке пути регулирования функций клеток.
Первый механизм осуществляется с участием нейромедиаторов, взаимодействующих с мембранными рецепторами клеток, которые представляют собой ионные каналы. Напомним, что ионные каналы — это интегральные белки (гликопротеины), пронизывающие липидный бислой мембраны и способные в результате внешних воздействий (изменение мембранного потенциала, действие медиатора или гормона) избирательно изменять проницаемость мембраны для определенных ионов. Ионным каналам свой-
