Молекулярная биология. Структура и функция белков - Степанов В.М.
ISBN 5-06-002573-Х
Скачать (прямая ссылка):
PDEi
Рис. 12.3. Цикл усиления светового сигнала с участием G-белка трансдуцина
При поглощении кванта света родопсин R переходит в активированное состояние R * и присоединяется к комплексу трансдуцин • GDP (T;GDP). В тройном комплексе R **T*GDP гуанозиндифосфат быстро обменивается на GTP, после чего родопсин, выполнив свою функцию, но оставаясь активированным, вновь может образовать комплекс с другой молекулой трансдуци- • на, что усиливает сигнал примерно в пять раз. Трансдуцин, изменив свою конформацию за с4ет образования комплекса c’GTP, приобретает способность взаимодействовать с неактивной формой фосфодиэстеразы (PDEj). В результате последняя активируется (PDE *) и тройной комплекс трансдуцин • GTP ‘‘активированная фосфодиэс-
тераза (Т• GTP* PDE *) действует как эффективный катализатор гидролиза циклического GMP до тех Нор, пока в нем не произойдет внутримолекулярный гидролиз GTP. За это время он успевает в среднем гидролизовать около 1000 молекул cGMP. После гидролиза GTP трансдуцин утрачивает способность связывать и активировать фосфодиэстеразу. Последняя переходит - в неактивное состояние, а комплек: T'GDP возвращается в цикл '
289
из четырех тандемно повторяющихся участков' сходной первичной структуры, длиной около 86 аминокислотных остатков каждый. Эта субъединица прочно связана с третьей — 7-субъединицей (8 к Да). Образование комплекса ог-р—у трансдуцина с активированным родопсином ускоряет обмен GDP на GTP и приводит к отщеплению и 7-субъединиц, после чего освободившийся комплекс To-GTP активирует фосфодиэстеразу cGMP.
Действие этой системы, состоящей из трех белков с регулируемой активностью, приводит к тому, что поглощение молекулой родопсина единственного фотона влечет за собой расщепление примерно 500 ООО молекул циклическою гуанозинмонофосфата, т.е. коэффициент усиления при передаче сигнала этой системой составляет 5*105^ Существенно и то, что включение в систему G-белка трансдуцина обеспечивает не только усиление сигнала, но и регулирование его длительности.
12.3. СТИМУЛИРУЮЩИЙ БЕЛОК G» И ИНГИБИРУЮЩИЙ БЕЛОК Gj аденилАтциклазной СИСТЕМЫ
Как известно, аденилатциклаза, катализирующая образование циклического аденозинмонофосфата из АТР, определяет внутриклеточный уровень сАМР — вторичного мессенджера, который, в свою очередь, регулирует целый, ряд биохимических процессов. Активность этого весьма важного для физиологии клетки фермента зависит от внеклеточных факторов, в частности адреналина, взаимодействующего со специфическим рецептором в клеточной мембране. Сигнал от рецептора к собственно аденилатциклазе передается стимулирующим белком Gs. Последний является гетеротримером и состоит из трех различных субъединиц. Субъединица Gs-a с молекулярной массой 45 или 52 кДа у животных является продуктом экспрессии одного и того же гена. Различие в длине ее пептидной цепи вызвано альтернативным сплайсингом, который не одинаково протекает в различных клетках. Эта субъединица связывает GDP или GTP и катализирует гидролиз последнего. Комплекс Gs — GTP растворим в воде и способен активировать аденилатциклазу без участия других субъединиц
Способ действия G -белка представляется следующим. Комплекс Gs-о-субъединицы и GDP вступает во взаимодействие с комплексом р- и 7-субъединиц, образуя неактивную форму белка — o-GDP-/?-7. Замещение GDP на GTP в таком комплексе идет медленно, однако оно резко ускоряется при взаимодействии С8-белка со стимулирующим рецептором, находящимся в мембране. В результате замещения GDP на GTP построенная из трех субъединиц структура распадается, отщепляя комплекс .
290
0—7, в котором .7-субъединица, видимо, играет роль якоря, цбзволя-ющего белку присоединяться к мембране.
Высвободившаяся о-субъединица, содержащая связанный GTP, представляет собой собственно активную форму белка. Она образует комплекс с аденилатциклазой, активируя этот фермент. Результатом является возрастание концентрации сАМР внутри клетки в ответ на относительно слабый внеклеточный сигнал, например присоединение гормона к рецептору. Продолжительность действия этого сигнала задается временем1 которое необходимо ~ для внутримолекулярного гидролиза а-субъединицей связанного GTP до GDP, после чего комплекс Gs-<*-GDP вновь соединяется с /?—7-комплексом и белок возвращается в неактивное состояние.
Такая схема подтверждается тем, что негидролизующиеся аналоги GTP, связываясь с «-субъединицей, постоянно поддерживают аденидат-циклазу в активированном состоянии. 6<га-Субъединица может подвергаться ADP-рибозилированию, которое катализируется холерным токсином и состоит в модификации одного из остатков аргинина (Arg-207). Это вызывает снижение GTP-азной активности белка, что влечет за собой постоянную активацию аденилатциклазы и нарушение регуляции метаболических процессов. 4
Клеточные мембраны содержат и такие рецепторы, которые в ответ на связывание внешних эффекторов посылают сигналы, не активирующие, а, наоборот, ингибирующие аденилатциклазу. Действие таких рецепторов опосредовано особым " ингибирующим” 6\-бслком и протекает, видимо, следующим образом. После связывания эффектора рецептор взаимодействует с Gi-белком, образованным тремя субъединицами:
