И. инозитолфосфатная система

Рис. 5-42. Инозитолфосфатная система.

Функционирование инозитолфосфатной систе­мы трансмембранной передачи сигнала (рис. 5-42) обеспечивают: R (рецептор), фосфолипаза С, G_р|с — белок, активирующий фосфолипазу С, бел­ки и ферменты мембран и цитозоля.

Последовательность событий, приводящих к ак­тивации фосфолипазы С:

• связывание сигнальной молекулы, напри­мер гормона с рецептором (R), вызывает изменение конформации и увеличение сродства к G_р|с-белку.

• образование комплекса [Г][R][G_р|с.-ГДФ] приводит к снижению сродства α-протомера G_р|с -белка к ГДФ и увеличению сродства к ГТФ. ГДФ заменяется на ГТФ.

• это вызывает диссоциацию комплекса; отделившаяся α-субъединица, связанная с молекулой ГТФ, приобретает сродство к фосфолипазе С.

α-ГТФ взаимодействует с фосфолипазой С и активирует её. Под действием фосфолипазы-С происходит гидролиз липида мембраны фосфатидилинозитол-4,5-бисфосфата(ФИФ₂). В ходе гидролиза образуется и выходит в цитозоль гидрофильное вещество инозитол-1,4,5-трифосфат (ИФ₃). Другой продукт ре­акции диацилглицерол (ДАГ) остаётся в мембране и участвует в активации фермен­та протеинкиназы С (ПКС). инозитол-1,4,5-трифосфат (ИФ₃) связыва­ется специфическими центрами Са²⁺-канала мембраны ЭР, это приводит к измене­нию конформации белка и открытию кана­ла — Са²⁺ поступает в цитозоль. В отсут­ствие в цитозоле ИФ₃ канал закрыт.

Активация протеинкиназы С

• Повышение концентрации Са²⁺ в цитозоле клетки увеличивает скорость взаимодействия Са²⁺ с неактивным цитозольным ферментом протеинкиназой С (ПКС) и белком кальмо-дулином, таким образом сигнал, принятый рецептором клетки, раздваивается.

• Связывание протеинкиназы С с ионами каль­ция позволяет ферменту вступать в кальций-опосредованное взаимодействие с молеку­лами «кислого» фосфолипида мембраны, фосфатидилсерина (ФС). Диацилглицерол, занимая специфические центры в протеинкиназе С, ещё более увеличивает её сродство к ионам кальция.

• На внутренней стороне мембраны образуется ферментативный комплекс — [ПКС][Са²⁺][ДАГ][ФС] — активная протеинкиназа С, фосфорилируюшая специфические фермен­ты по серину и треонину.

Участие белка кальмодулина в инозитолфосфатной передаче сигнала

В клетках многих тканей присутствует белок кальмодулин, который функционирует как внут­риклеточный рецептор Са²⁺, он имеет 4 центра для связывания Са²⁺. Комплекс [кальмодулин]-[4 Са²⁺] не обладает ферментативной активно­стью, но взаимодействие комплекса с различ­ными белками и ферментами приводит к их активации.

Саморегуляция системы

Как и большинство систем трансмембранной передачи сигналов, инозитолфосфатная систе­ма имеет не только механизм усиления, но и механизм подавления сигнала. Присутствующие в цитозоле инозитол-1,4,5-трифосфат (ИФ₃) и диацилглицерол (ДАГ) в мембране могут в ре­зультате серии реакций опять превращаться в фосфатидилинозитол-4,5-бисфосфат (ФИФ₂). Ферменты, катализирующие восстановление фосфолипида, активируются фосфорилированием протеинкиназой С.

Концентрация Са²⁺ в клетке снижается до ис­ходного уровня при действии Са²⁺-АТФ-аз цитоплазматической мембраны и ЭР, а также Na⁺/Са²⁺-и Н⁺/Са²⁺-транслоказ (активный антипорт) кле­точной и митохондриальной мембран.

Функционирование транслоказ Са²⁺ и Са²⁺-АТФ-аз может активироваться:

• комплексом [кальмодулин][4 Са²⁺];

• протеинкиназой А (фосфорилированием);

• протеинкиназой С (фосфорилированием).

Понижение концентрации Са²⁺ в клетке и диаиилглицерола в мембране приводит к изменению конформации протеинкиназы С, снижению её сродства к фосфатидилсерину, фермент диссоциирует в цитозоль (неактивная форма). Фосфорилированные протеинкиназой С ферменты и белки под действием фосфопротеинфосфатазы переходят в дефосфорилированную форму.

К. передача сигнала с помощью ВНУТРИКЛЕТОЧНЫХ РЕЦЕПТОРОВ

Передача сигнала липидорастворимых стеро­идных гормонов и тироксина возможна только при прохождении этих гормонов через плазма­тическую мембрану клеток -мишеней (рис. 5-43)

Рис. 5-43. Передача сигнала на внутриклеточные рецепторы.

Рецепторы гормонов могут находиться в цито­золе или в ядре. Цитозольные рецепторы связаны с белком-шапероном (часто это группа белков-шаперонов). Ядерные и цитозольные рецепторы стероидных и тиреоидных гормонов содержат ДНК-связывающий домен, характеризующийся наличием двух структур «цинковых пальцев».

Последовательность событий, приводящих к ак­тивации транскрипции:

• гормон проходит через двойной липидный слой клеточной мембраны.

• взаимодействие гормона с рецептором (R) приводит к изменению конформации рецептора и снижению сродства к белкам-шаперонам, отделяющимся от комплекса гормон-рецептор.

• комплекс гормон-рецептор проходит в ядро, взаимодействует с регуляторной нуклеотидной последовательностью в ДНК — энханером или сайленсером.

• увеличивается (при взаимодействии с энхансером) или уменьшается (при взаимодей­ствии с сайленсером) доступность промо­тора для РНК-полимеразы.

• соответственно увеличивается или уменьша­ется скорость транскрипции структурных генов.

• увеличивается или уменьшается скорость трансляции.

• изменяется количество белков, которые могут влиять на метаболизм и функциональное состояние клетки.

Эффекты гормонов, которые передают сигнал через внутриклеточные рецепторы, нельзя наблюдать сразу, так как на протекание матричных процессов (транскрипцию и трансляцию) требуются часы

***********************************************************************

Для исследователей, имеющих представление о количестве сигнальных молекул, о соответствущемем количестве рецепторов, о трансмембранных системах передачи сигналов, вторичных по­средниках, остаётся загадкой, как протеинкиназы выбирают соответствующий фермент метаболического пути для фосфорилирования. Исследователи для объяснения этого явления предлагают «гипотезу мишени» (от англ. targeting hypothesis). По этойгипотезе специфичность протеинкиназ и фосфопротеинфосфатаз достигается путём образования компартментов на мембране, в состав которых входят не только сами протеинкиназы и фосфопротеинфосфатазы, но и специфические белки-субстраты. Наличие остатка миристиновой или пальмитиновой кислоты в структуре белков-субстратов — условие их «заякоривания» в соот­ветствующем мембранном компартменте.

Однако в большинстве случаев процесс ак­тивации какого-либо метаболического процес­са находится под контролем не одной, а несколь­ких систем внутриклеточной сигнализации, поэтому важным фактором ответа клеток слу­жит взаимосвязь этих систем.