Рецепторы гормонов этой группы в своей структуре имеют как минимум 2 домена.
Один домен локализован на внешней стороне наружной клеточной мембраны и имеет в своей структуре гормонсвязывающий центр. Второй, сопрягающий домен расположен, по-видимому, внутри наружной клеточной мембраны и имеет в своей структуре центр, ответственный за взаимодействие с одним из интегральных белков мембраны, получившим название Gбелка. В настоящее время известно несколько вариантов этих белков. Gбелки, или иначе ГТФсвязывающие белки, обеспечивают передачу регуляторного сигнала с рецептора после его взаимодействия с гормоном на один из ферментов, локализованных на внутренней стороне наружной клеточной мембраны. Изменение активности этих ферментов приводит к изменению концентрации в клетке соединений, ответственных за дальнейшее формирование метаболического ответа клетки на внешний регуляторный сигнал. Эти соединения известны под название внутриклеточных мессенджеров или вторых вестников, наиболее известными
|
|
представителями которых являются цАМФ, цГМФ, ионы Са+, продукты расщепления инозитолфосфатидов инозитолтрифосфат и диацилглицерол.
а) Механизм действия гормонов, внутриклеточным мессенджером которых является цАМФ.
К гормонам, внутриклеточным мессенджером которых является цАМФ, относятся глюкагон, кортикотропин, вазопрессин, паратгормон, адреналин при его взаимодействии с bрецепторами клеток и др. После образования гормонрецепторного комплекса происходит изменение конформации его сопрягающего домена и последний приобретает способность к взаимодействию с локализованным в мембране Gs белком. Свободный Gsбелок связан с ГДФ и неактивен, в силу чего в свободном виде он не может взаимодействовать с ферментом аденилатциклазой, локализованной на внутренней стороне наружной клеточной мембраны. В ходе его взаимодействия с сопрягающим доменом гормонрецепторного комплекса конформация Gsбелка изменяется, он теряет ГДФ и связывает в том же участке ГТФ. В комплексе с ГТФ Gsбелок приобретает способность к взаимодействию с аденилатциклазой. При взаимодействии активированного ГТФ Gsбелка с аденилатциклазой фермент переходит в активную форму и начинает синтезировать в цитозоле цАМФ из АТФ.
цАМФ, синтезированный активированной аденилатциклазой, взаимодействует в клетке с ферментом цАМФзависимой протеинкиназой (или Акиназой), переводя фермент в активную форму. Неактивная Акиназа представляет собой тетрамер, состоящий из 2 каталитических и 2 регуляторных субъединиц; при взаимодействии с цАМФ происходит диссоциация комплекса на регуляторные субъединицы, связанные с цАМФ, и свободные каталитические субъединицы, обладающие способность фосфорилировать различные внутриклеточные белки по остаткам серина или треонина. Это фосфорилирование белков есть не что иное как их ковалентная модификация, сопровождающаяся изменением их функциональной активности: меняется каталитическая активность ферментов, изменяется способность
|
|
транспортных белков переносить свои лиганды через мембраны, а фосфорилирование белков, участвующих в работе механизмов, отвечающих за экспрессию генов, приводит к изменению и количеств отдельных белков в клетке. За счет этих изменений и формируется метаболический ответ клетки на воздействие гормона.
Возврат клетки в исходное состояние обусловлен работой нескольких механизмов: во-первых, поскольку гормонрецепторный комплекс формируется за счет слабых взаимодействий, он легко диссоциирует, а свободный гормон быстро инактивируется; во-вторых, Gsбелок сам обладает способностью гидролизовать ГТФ на ГДФ и неорганический фосфат. Поэтому через непродолжительное время, измеряемое 1015 секундами, активированный Gsбелок после гидролиза связанного с ним ГТФ переходит в неактивное состояние и теряет способность взаимодействовать с аденилатциклазой;в
третьих, цАМф в клетке быстро расщепляется специальным ферментом фосфодиэстеразой, тем самым инактивируется Акиназа; в четвертых, в клетках имеется фермент (или ферменты) фосфопротеинфосфатаза, которая осуществляет дефосфорилирование белков, т.е. обеспечивает возврат функциональной активности клеточных белков к исходному уровню. Кстати, активность фосфопротеинфосфатазы ингибируется высоким уровнем цАМФ в клетке, поэтому при расщеплении цАМФ фосфодиэстеразой активность фосфопротеинфосфатазы увеличивается.
Следует отметить, что в наружных мембранах клеток могут присутствовать рецепторы, взаимодействие которых с соответствующим гормоном может сопровождаться
снижением уровня цАМФ в клетке, ингибированием Акиназы и дефосфорилированием клеточных белков. Таким образом действует на клетки адреналин, через свои a2адренэргические рецепторы. В этом случае образовавшийся гормонрецепторный комплекс взаимодействует в мембране клетки с так называемым ингибиторным Gбелком (Giбелком). Активированный Giбелок взаимодействует с аденилатциклазой на внутренней стороне клеточной мембранны, блокируя активность фермента. Синтез цАМФ в клетке прекращается, а имеющаяся в клетке цАМФ расщепляется фосфодиэстеразой. В результате уровень цАМФ резко падает. Таким образом, один и тот же гормон адреналин в зависимости от типа рецепторов, имеющихся в наружной мембране клеток (a2адренэргические или bадренэргические рецепторы), может вызывать в клетках противоположные метаболические ответы.
б) Механизм действия гормонов, внутриклеточным мессенджером которых является цГМФ.
Существует семейство сигнальных молекул пептидов, выделяемых тканью предсердий это так называемые атриопептиды. Они стимулируют диурез и выделение ионов Na+ c мочой, они расширяют сосуды, они ингибируют секрецию альдостерона.
Один из представителей этой группы сигнальных пептидов натрийуретический фактор предсердий, связываясь с рецепторами клеток-мишеней, активирует мембранную гуанилатциклазу, что вызывает повышение концентрации цГМФ в клетки, образующейся из ГТФ. цГМФ, содержание которой в клетках может
увеличиваться в несколько десятков раз, активирует цГМФзависимую протеинкиназу (Gкиназу), которая в свою очередь фосфорилирует внутриклеточные белки, изменение активности которых и формирует ответ клетки на регуляторный сигнал. При прекращении действия регуляторного сигнала цГМФ расщепляется цГМФфосфодиэстеразой, что создает условия для возврата клетки в исходное состояние.
|
|
в) Механизм действия гормонов, внутриклеточными мессенджерами которых являются продукты распада инозитолфосфатидов и ионы Са2+ К настоящему времени известно более 20 сигнальных молекул, внутриклеточными мессенджерами которых выступают
продукты расщепления инозитолфосфатидов. Примерами таких сигнальных молекул служат вазопрессин при его воздействии на гепатоциты; ангиотензин II и серотонин при их воздействии на клетки клубочковой зоны надпочечников; гормоны гипоталамуса ТРГ или ГнРГ, стимулирующие выделение гипофизом тиреотропного гормона и гонадотропных гормонов. Важную роль этот механизм играет также при формировании ответа гладкомышечных клеток на воздействие ацетилхолина или же в стимуляции секреции инсулина bклетками поджелудочной железы под воздействием того же ацетилхолина.
Образование комплексов сигнальных молекул с их рецепторами на внешней стороне наружной клеточной мембраны приводит к активации интегрального белка мембран, условно называемого Gpбелком. Далее этот белок взаимодействует с ферментом фосфоинозитидспецифической фосфолипазой С, локализованным на внутренней стороне мембраны. Активированная Gрбелком фосфолипаза С расщепляет имеющийся во внутренней половине бислоя клеточной мембраны инозитолфосфатид с
образованием двух продуктов: инозитолтрифосфата (иначе фосфоинозитолбисфосфат, PIP2) и диацилглицерола. Оба этих соединения далее участвуют в формировании метаболического ответа клетки на воздействие сигнальной молекулы.
Инозитолтрифосфат связывается с рецепторами имеющихся в клетке Са2+связывающих вакуолей, что приводит к быстрому выходу ионов Са2+ из вакуолей в цитозоль и повышению его локальной конце нтрации в цитозоле с 107М до 106М. Увеличение концентрации ионов Са2+ в цитозоле приводит к активации многих внутриклеточных процессов как за счет непосредственного связывания Са2+ с внутриклеточными белками, так и за счет связывания Са2+ с кальмодулином и изменения функциональной активности внутриклеточных белков путем их взаимодействия с Са2+ кальмодулиновым комплексом. Таким образом, если инозитолтрифосфат в этой системе является вторым вестником, то ионы Са2+ можно рассматривать как третий вестник в механизме действия рассматриваемых сигнальных молекул.
|
|
Диацилглицерол, образовавшийся в результате гидролиза инозитолфосфатида, вместе с серинфосфатидом активируют в клетке фермент, получивший название протеинкиназаС или Скиназа. Этот фермент катализирует в клетке фосфорилирование белков по остаткам тирозина или треонина, которые в результате этой ковалентной модификации изменяют свою функциональную активность. Интересно, что активность Скиназы сильно зависит от присутствии в окружающей ее среде ионов Са2+. Отсюда, в активации Скиназы играют роль и взаимодействие фермента с диацилглицеролом, и повышение концентрации ионов Са2+ за счет эффекта фосфоинозитолбисфосфата.
Механизм возврата клетки в исходное состояние включает в себя следующие основные моменты:
а) расщепление комплекса сигнальная молекуларецептор с последующей инактивацией сигнальной молекулы;
б) инактивация Gpбелка за счет гидролиза связанной с ним ГТФ с последующей инактивацией фосфоинозитидспецифической фосфолипазы С;
в)фосфоинозитолбисфосфат подвергается дефосфорилированию (иногда фосфорилируется в РIP3) c потерей своей биологической активности, а диацилглицерол или расщепляется до моноацилглицерола или фосфорилируется в фосфатидную кислоту в обоих случаях его биологическая активность исчезает;
г) ионы Са2+ удаляются из цитозоля или в кальций связывающие органеллы или, во внеклеточное пространство за счет действия кальциевых транспортных АТФаз;
д) фосфорилированные Скиназой белки подвергаются дефосфорилированию за счет действия фосфопротеинфосфатаз.
В работе регуляторных механизмов, использующих в качестве вторых вестников цАМФ, цГМФ или продукты гидролиза инозитолфосфатидов, имеется один общий момент в системы включены механизмы усиления сигнала. Гормон или иная сигнальная молекула, соединяясь с рецептором, активирует фермент, генерирующий образование в клетке множества молекул, выполняющих роль второго вестника. В свою очередь второй вестник также активирует фермент, способный быстро изменять функциональную активность большого числа различных белковых молекул, непосредственно отвечающих за формирование метаболического ответа клеток.