Мембранно-внутриклеточный тип действия характерен для гормонов полипептидной строения и производных аминокислот, которые не попадают в клетку, в связи с чем их влияние на внутриклеточные процессы обмена опосредуется промежуточными соединениями, которые называют вторичными посредниками (первичный посредник - сам гормон). В качестве вторичных посредников могут выступать молекулы циклических нуклеотидов - циклического аденозинмонофосфата (цАМФ) и циклического гуанозинмонофосфата (цГМФ), ионы Са2 +, а также продукты превращения фосфоинозитида.

 

Механизм действия гормонов при участии циклических нуклеотидов. Важным вкладом в развитие современных представлений о вторичных посредники было открытие цАМФ (Е.Сазерленд, 1957 г.), который затем занял центральное место в схемах, освещающие механизмы действия различных биологически активных веществ - гормонов, биогенных аминов, лекарственных веществ. Выявленный после цАМФ другой циклический нуклеотид-цГМФ - не его простым аналогом. Пути биосинтеза цАМФ и цГМФ отличаются и реализуются через различные регуляторные системы, однако механизмы их влияния на клеточную активность подобные и сводятся к выборочному фосфорилирования функционально важных клеточных белков. Обмен и функции циклических нуклеотидов в клетках обеспечиваются комплексом ферментов, которые объединяют в аденилат-и гуанилатцы-клазни системы. Они включают специфические ферменты синтеза: аденилат-и гуанилатциклазы; ферменты преобразования циклических нуклеотидов - цАМФ-и цГМФ-фосфодиэстеразы; цАМФ-и цГМФ-зависимые протеинкиназы и фосфопротеинфосфатазы, которые устраняют их эффект. Аде-нилатциклаза катализирует образование цАМФ из АТФ, а гуанилатциклазы катализирует образование цГМФ из ГТФ. Аденилатциклаза встроенная в мембрану и состоит из трех компонентов (рис. 89): первый компонент представляет собой рецептор (R), выходит на внешнюю поверхность мембраны и взаимодействует с гормоном. Второй компонент - это связывающий G-или N-белок, который является ГТФ-зависимым регуляторным белком. Исследования последних 10 лет показали, что действие гормонов опосредуется не одним белком, а двумя параллельными системами-стимулирующим (s) и ингибирующим (и). Каждая система состоит из рецептора - Rs или Ri и регуляторного белка Ns (Gs) или Ni (Gi). Обе системы соединены с той же каталитической молекулой (С) - третьим компонентом аденилатциклазы или собственно аденилатциклазы, расположенной на внутренней поверхности мембраны и которая катализирует образование цАМФ из АТФ. Взаимодействие гормона с рецептором приводит к активации или инактивации аденилатциклазы. N-белки состоят из трех субъединиц - а, ? и у. Роль каждой субъединицы пока не установлена, однако предполагается, что ?-и у-субъединицы в Ns и Ni идентичны, а различаются только а-субъединицы, обозначающие соответственно as и ai. Обе а-субъединицы имеют ГТФ-азную активность. В состоянии покоя а ^ субъединица N-белка связана с ГДФ. Присоединение гормона к рецептору приводит к активации Ns-белка, которая заключается в его диссоциации на свободную а ^ субъединицу с ГДФ и ди-мэр ?y. Свободная а ^ субъединица диффундирует в цитоплазму, и в настоящее время в ней происходит замена ГДФ на ГТФ, и активирована таким образом а ^ субъединица активирует каталитическую субъединицу аденилатциклазы, которая начинает образовывать цАМФ из АТФ. В случае прекращения действия гормона происходит инактивация ^-белка за счет гидролиза ГТФ а ^ субъединицей и ее реасоциации с ди-мэром субъединиц ?y. Торможение (ингибирование) аденилатциклазы гормонами происходит через ^-белок. Цикл активации и инактивации ^-белка происходит аналогично описанному для ^-белка. Действие холерного токсина-необратимого активатора аденилатциклазы - обусловлена тем, что он вызывает активацию ^-белка, поддерживая а ^ субъединицу в активном состоянии. Действие же коклюшного токсина происходит через Nj-белок, что приводит к постоянной инактивации аденилатциклазы. В результате действия гормонов, активирующих аденилатциклазу в клетке повышается уровень цАМФ. Циклический АМФ связывается с двумя регуляторными субъединицами тетрамеру протеинкиназы, в результате чего происходит диссоциация регуляторных и каталитических субъединиц и тем самым активируются каталитические субъединицы; протеинкиназа переходит из неактивной формы в активную (рис. 89). Активные протеинкиназы катализируют фосфорилирование различных белков (в том числе ферментов) по схеме:

 

Фосфорилированные белки, которые образовались, вызывают различные метаболические эффекты. Функция одних белков после фосфорилирования их протеинкиназы активируется функция других - подавляется. Например, во время действия адреналина и глюкагона - гормонов, которые увеличивают уровень цАМФ в клетках, - активированные протеинкиназы фосфорилирует гликогенфосфоры-лаза, то есть переводят ее из неактивной формы в активную, и обеспечивают распад гликогена в печени и скелетных мышцах. В то же время вследствие фос-форилювання происходит инактивация фермента гликогенсинтетазы, что приводит к торможению синтеза гликогена.

 

С помощью цАМФ могут осуществляться два основных пути регуляции активности ферментов: первый - изменение активности уже существующих молекул ферментов путем их ковалентной модификации, т.е. фосфо-рилюванням. Другой путь - изменение количества ферментного белка за счет изменения скорости его биосинтеза и деградации. Установлено, что некоторые цАМФ-зависимые протеинкиназы могут проникать в ядро и там фос-форилюваты специфические белки, которые, связываясь с определенными участками хроматина, влияют на транскрипцию генов.

 

Изменение количества цАМФ в клетке под влиянием различных гормонов может осуществляться как через аденилатциклазу, так и через фосфодиэстеразу, которая катализирует гидролиз цАМФ с образованием 5-АМФ. Вещества, тормозящие фосфодиэстеразу, проявляют эффект, подобный действию гормона, но активация фермента снижает его действие. Например, ингибиторы фосфодиэстеразы производные ксантинов - кофеин, эуфиллин, теофиллин повышают уровень цАМФ, имитируя эффект, который проявляют эндогенные гормоны.

 

Еще один путь снятия гормонального сигнала достигается активации фосфопротеинфосфатаз, осуществляющих дефосфорилю-ния белков. Больше накоплено сведений о роли фосфатазы в регуляции обмена гликогена в мышцах.

 

Аналогично цАМФ гормоны и другие внеклеточные регуляторы стимулируют образование другого циклического нуклеотида - цГМФ под действием фермента гуанилатциклазы, которая существует в растворимой и мембраны нозвьязаний формах. Включение гуанилатциклазы приводит к образованию цГМФ с ГТФ. Циклический ГМФ активирует цГМФ-зависимые протеинкиназы, которые фосфорилирует белки. Одни белки фосфорилирует-ся под влиянием цАМФ-зависимых протеинкиназ, другие - под влиянием цГМФ-зависимых ферментов. Поэтому в зависимости от мембранной системы, связывающей гормон и передает сигнал в клетку, включаются цАМФ-зависимые или цГМФ-зависимые биологические процессы, которые часто имеют противоположную направленность.


Загрузка...
Яндекс.Метрика Google+