Нейрохимия - Ашмарин И.П.
ISBN 5-900760-02-2
Скачать (прямая ссылка):
Увеличение уровня цГМФ обусловлено взаимодействием с плазмалеммой различных гормонов и нейромедиаторов. Так активируется связанная с мускариновыми рецепторами гуанилат-циклаза. Активация гуанилатциклазы обычно обусловлена мобилизацией Са2+ из эндогитазматического ретикулума.
В клетках мозга обнаружен термостабильный белок, стимулирующий активность протеинкиназы G, но не изменяющий активность протеинкиназы А. Обратный процесс — инактивация протеинкиназы G состоит в гидролизе цГМФ фосфодиэ-
348
стеразой, специфичной для этого нуклеотида. Кроме того, в тканях млекопитающих, в том числе и нервной, найден ингибитор G-киназы с Мг = 15 кД.
Отметим, что системы циклических нуклеотидов осуществляют внутриклеточную регуляцию в тесном взаимодействии друг с другом. Так, например, если концентрация цАМФ в клетке длительное время повышена, может происходить фосфорилирование белков, встроенных в каналы плазматической мембраны. что приводит к повышению в цитоплазме концентрации Са?+. В результате этого активируются фосфодиэстераза и гуа-нилатциклаза; соответственно ускоряется гидролиз цАМФ и образуется цГМФ.
¦ Итак, цГМФ играет важную роль в нервной системе, особенно в клетках Пуркинье мозжечка. Об этом свидетельствует избирательная локализация в этих клетках всех компонентов системы цГМФ, включая гуанилатциклазу, протеинкиназу G и G-субстрат. Различные нейромедиаторы, в том числе ацетилхо-лин, вызывают увеличение уровня цГМФ в клетках Пуркинье и активацию G-киназы, что, по всей видимости, модулирует такие свойства этих клеток, как скорость проведения возбуждения и способность к стимуляции.
Установлено также, что цГМФ модулирует активность ионных каналов мембран нервных клеток. Так, введение в нейроны улитки цГМФ или G-киназы увеличивает проводимость Са-каналов.
10.3. Са-КАЛЬМОДУЛИН-ЗАВИСИМОЕ ПРОТЕИНФОСФОРИЛИРОВАНИЕ
Как упоминалось, в процессе эволюции выработались эффективные механизмы удаления Са2+ во внеклеточное пространство или специализированные внутриклеточные структуры. Низкая внутриклеточная концентрация Са2+ позволила клеткам использовать “впрыскивание” Са2+ в цитоплазму как сигнал на внешние воздействия. При этом кальций может быть даже более универсальным внутриклеточным регулятором (вторичным посредником), чем цАМФ. Так, период действия Са2+ очень короток и измеряется миллисекундами, а не секундами, как в случае цАМФ. Как стало понятно в последней время, обе системы вторичных посредников функционируют в тесном взаимодействии.
Для внутриклеточной “реализации” кальциевого сигнала в процессе эволюции созданы специальные внутриклеточные бел-
349
ковые рецепторы Са2+, способные опосредовать действие этого иона на молекулярные мишени. Основным рецептором Са2+ во всех клетках является кальмодулин. Кальмодулин (КМ) —глобулярный белок с Мг — 16,5 кД. Структурно он очень консервативен: так, обнаружено только шесть или немногим более аминокислотных замен в кальмодулине, выделенном из живых объектов, эволюционно разделенных миллионами лет. Кальмодулин содержит 4 Са-связывающих участка: в состав каждого из этих участков входят кислые остатки аминокислот, необходимые для связывания Са2+ и обусловливающие низкое значение изоэлектрической точки КМ (р1~4,0). Фосфорилированных форм КМ не обнаружено.
Кальмодулин локализован главным образом в цитоплазме, а также ассоциирован с различными клеточными структурами, микротрубочками и мембранами, включая постсинаптические мембраны. Внутриклеточное распределение КМ регулируется циклическими нуклеотидами. Так, цАМФ-зависимый транспорт Са2+ через клеточные мембраны может изменять сродство КМ к мембранной и цитоплазматической фракциям клетки.
При стимулировании происходит связывание Са2+ с КМ. В результате кальмодулин претерпевает конформационные изменения: экспонирование гидрофобного участка при этом — важное условие для последующего взаимодействия КМ с акцепторными белками (белками-исполнителями). Среди ферментов-исполнителей, активность которых модулируется в присутствии КМ, непосредственное отношение к регуляторным реакциям внутриклеточного протеинфосфорилирования имеют Са-КМ-зависимые протеинкиназы (протеинкиназы В), аденилатцикла-за, фосфодиэстераза циклических нуклеотидов и КМ-зависи-мая протеи нфосфатаза.
На первый взгляд, способность КМ во многих тканях (в том числе и нервной) активировать системы как синтеза, так и деградации цАМФ выглядит парадоксом. Однако локализация ферментов аденилатциклазы в мембране, а фосфодиэстеразы в цитозоле обусловливает преимущественную Са-активацию аденилатциклазы. Кроме того, для полной активации аденилатциклазы достаточно комплекса КМ-Са2+, а для фосфодиэстеразы (и киназы легких цепей миозина) необходимо заполнение третьего, а возможно, и четвертого Са-связывающего участка КМ. Это означает, что аденилатциклаза активируется при более низких концентрациях Са2+.
Результатом действия Са2+ и кальмодулина часто является фосфорилирование, катализируемое Са-КМ-зависимыми про-
