Регуляция внутриклеточного обмена кальция

Поступление кальция в клетку регулируется нейрогормональными сигналами, одни из которых увеличивают скорость вхождения Са ⁺ в клетку из межклеточного пространства, другие - высвобождение иона из внутриклеточных депо. Поскольку действие многих нестероидных гормонов на клетку опосредуется кальцием, этот элемент, наряду с циклическими нуклеотидами, счи­тается вторичным посредником в реализации механизма действия гормонов.

Из внеклеточного пространства Са²⁺ попадает в клетку через кальциевый канал. Этот интегративный белок состоит из 5 субъединиц, одна из которых яв­ляется собственно каналом - водной порой, образуемой гидрофильными амино­кислотами. Другая представляет собой воротный механизм, открывающийся при деполяризации клетки (при поступлении Са²⁺). Отдельная субъединица на­зывается метаболическими воротами, которые способны фосфорилироваться и дефосфорилироваться. Фосфорилирование осуществляется цАМФ-зависимой протеинкиназой А - следовательно, кальциевый канал активируется гормона-

ми, механизм действия которых реализуется через цАМФ. Дефосфорилирование, т.е. инактивация канала, катализируется цитоплазматической фосфата-зой (фермент состоит из 2-х субъединиц: а (61кДа) связывает калмодулин, Р (19 кДа) - Са²⁺, после присоединения калмодулина фосфатаза активируется).

В плазматической мембране клеток имеется ещё один кальциевый канал - лиганд-регулнруемый кальциевый канал (его лигандами являются внеклеточ­ная АТФ, цАДФ-рибоза, лейкотриены).

Высвобождение Са²⁺ из внутриклеточных депо является достаточно сложным процессом. Вначале, в ответ на нейрогормональный стимул, активи­руется фосфолипаза С. Этот фермент гидролизует минорный фосфолипид плазматической мембраны ФИФ2 (фосфатидилинозитол-4,5- бифосфат) на ДАТ (диацшглицерол) и ИТФ (инозитол-1,4,5-трифосфат).бифосфат) (диацшглицерол)

Эффект ИТФ и ДАТ синергичен (рис.14.1): ИТФ присоединяется к специ­фическому рецептору кальцисомы; конформационные изменения рецептора влекут за собой открытие ворот, запиравших канал для прохождения Са²⁺ из кальцисомы; высвободившийся из депо кальций связывается с протеинкина-зой С ДАГ повышает активность этой Са-зависимой протеинкиназы С.

Протеинкиназа С фосфосфорилирует различные белки (ферменты), из­меняя тем самым их активность. Через фосфатидилинозитольный каскад опосредуются многие метаболические эффекты, например, гликогенолиз в печё­ночных клетках, высвобождение серотонина и агрегация тромбоцитов, выброс гистамина из тучных клеток, сокращение гладких мышц.

Рис. 14.1. Высвобождение Са⁺⁺ из внутриклеточных депо.

Ионы кальция, поступившие в клетку извне или высвободившиеся из внутриклеточных депо, действуют 2 путями:

1. непосредственно связывают отрицательно заряженные группы на поверхности мембран, изменяя тем самым их полярность и возбуди­мость; кроме того, Са⁺⁺ может реагировать с отрицательно заряжен­ными группами белков, изменяя их конформацию и свойства (на­пример, связывая СОО" группы у-карбокси-глутаминовой кислоты в составе факторов свёртывающей системы крови)

2. реализовать свой эффект с участием калмодулина. Калмодулин является частью множества Са⁺⁺ - связывающих белков. Его мо­лекулярная масса = 17000

Калмодулин имеет 2 высокоаффинных Са⁺⁺ -связывающих участка на каждом из своих двух глобулярных доменов. Эти участки формируют почти со­вмещающиеся спиралъ-петля-спиралъ структуры, называемые EF-рукой. EF-рука - типичная пространственная организация сайтов (участков) связывания кальция во многих Са-связывающих белках.

При повышение концентрации Са²⁺ в клетке связывание иона с калмодулином сопровождается конформационной перестройкой последнего, приво­дящей к способности комплекса Са-калмодулин модулировать (отсюда такое название - «калмодулин») активность множества внутриклеточных бел­ков: киназу лёгкой цепи миозина, киназу фосфорилазы, мультикиназу II, акти­вирующую, в свою очередь, путём фосфорилирования ферменты синтеза угле­водов (гликогенсинтазу), жирных кислот (ацетил-КоА-карбоксилазу), холестерола (ГМГ-КоА-редуктазу), фосфолипазу А₂, эпидермальный фактор роста, ас­социацию микротубулина.

Выход кальция из клетки. Этот процесс осуществляется в основном 2 -мя внутриклеточными механизмами: Са⁺⁺-АТФ-азой и Na⁺-Са⁺⁺-антипортом.

Са-АТФ-аза активируется Са-калмодулиновым комплексом. Связыва­ние кальция этим ферментом и транспорт иона через плазматическую мембрану в межклеточное пространство требует затраты энер­гии:

Следовательно, процесс саморегуляции внутриклеточного гомеостаза Са⁺⁺ осуществляется по принципу обратной связи: выход ионов кальция в цитозоль клетки активирует калмодулин, а образовавшийся Са-калмодулиновый комплекс, активируя многочисленные ферменты, одновремен­но устраняет избыток кальция, ускоряя его выведение за счет активации Са⁺⁺-АТФ-азы.

Na⁺-Са⁺⁺- антипорт.. Способность клетки освобождаться от кальция связана также с функционированием Nа⁺/К⁺-АТФ-азы: поступление Na⁺ в клет­ку включает в работу механизм, ответственный за выход из неё кальция.