Пути восприятия и передачи информации

КЛЕТКОЙ

Регуляция сложных многогранных упорядоченных функций клетки осуществляется посредством сигналов, приводящих в действие внутриклеточные пути передачи информации. Эти сигналы - молекулы, которые распознаются рецепторами, встроенными в плазмалемму. Здесь расположены цепи мембранных белков, взаимодействующих друг с другом. В результате меняется их пространственная конфигурация, и, как следствие этих конформаций, сигналы, воздействующие на клетку извне, преобразуются во внутриклеточные.

Известны два пути передачи сигналов. Принципиально они сходны между собой и включают ряд звеньев: сигнальная молекула (первичный посредник) связывается с рецептором, что приводит к активации белка-преобразователя, передающего сигнал белку-усилителю. Все три указанных белка являются внутримембранными. Ферментусилитель вызывает образование из фосфорилированного предшественника вторичного посредника (мессенджера), который связывается с протеинкиназой, активирующей клеточные реакции.

В первом пути вторичным посредником является циклический аденозинмонофосфат (сАМР). В осуществлении этого пути участвуют два типа рецепторов: стимулирующие (Rs) и ингибирующие (Ri). Взаимодействие химического стимула с рецептором вызывает конформационные изменения последнего и передается через мембрану соответственно Gs-белку или Gi-белку, который связывает внутриклеточный гуанозинтрифосфат (GTP). Это, в свою очередь, вызывает новые конформационные изменения Gs-белка, который приобретает способность активизировать фермент аденилатциклазу (Ац). В результате воздействия фермента из АТР образуется циклический аденозинмонофосфат.

Во втором пути передачи информации имеются лишь стимулирующие рецепторы и Gs-белок, а в роли усилителя выступают ферменты гуанилатциклаза (Гц) и фосфодиэстераза (ФДЕ). Последовательность реакций в этом случае такая же, как и в первом пути. ФДЕ расщепляет фосфатидилинозитол-4,5-дифосфат (ФИФ2) на диацилглицерол (ДГ) и инозитолтрифосфат (ИФ3). Гуанилатциклаза превращает GTP в циклический гуанозинмонофосфат (cGMP).

ИФ3 освобождает ионы Са2+ из их внутриклеточных хранилищ, тем самым повышая их концентрацию в цитозоле. Са2+ связывается с определенными белками (например, кальмодулином, тропонином С). Первый активирует протеинкиназу С, второй вызывает мышечные сокращения. ДГ остается в плазмалемме и активирует протеинкиназу, которая фосфорилирует клеточные белки. Далее cGMP активирует специфическую протеинкиназу (G-киназу), которая также фосфорилирует определенные белки. Так, например, cGMP воздействует на Na+-каналы плазмалеммы палочковых клеток сетчатки. Три указанные молекулы (ДГ, ИФ3, cGMP) являются вторичными посредниками второго пути.

В обоих путях передачи сигналов вторичные посредники связываются с регуляторными субъединицами фермента протеинкиназы (ПК). Это приводит к освобождению ее каталитической субъединицы, которая фосфорилирует определенные белки и благодаря этому активизирует различные клеточные процессы, т. е. вызывает ответ клетки на сигнал (например, сокращение, секрецию, репликацию, транскрипцию, распад гликогена или жиров и т. д.).

Приводим некоторые клеточные ответы на гормоны, опосредуемые сАМР: синтез и секреция тироксина клетками щитовидной железы в ответ на воздействие тиреотропного гормона; секреция кортизола клетками коркового вещества надпочечников в ответ на воздействие АКТГ; секреция прогестерона клетками желтого тела яичника в ответ на воздействие лютеотропного гормона; распад гликогена в мышцах и печени; увеличение частоты и силы сердечных сокращений под влиянием адреналина; резорбция костной ткани под влиянием гормона паращитовидных желез; реабсорбция воды в канальцах нефрона в ответ на воздействие вазопрессина.