Биосинтез гормонов. Биосинтез белково-пептидных гормонов

06 Августа в 9:41 3351 0


Формирование первичной структуры прогормонов или гормонов белково-пептидной природы изначально — результат прямой трансляции нуклеотидных последовательностей соответствующих мРНК, синтезируемых на активных участках генома гормонпродуцирующих клеток. Структура большинства белковых гормонов или их предшественников формируется в полисомах по общей схеме биосинтеза белка (рис. 26).

Синтез белка в животной клетке
Рис. 26. Синтез белка в животной клетке
Синтезируемый белок в полисомах клетки эндокринной железы — чаше всего крупномолекулярный предшественник пептидного гормона (препрогормон)

При этом возможность синтеза и трансляции мРНК данного гормона или его предшественников специфична для ядерного аппарата и полисом определенного типа клеток. Так, инсулин и его предшественники продуцируются в особых в-клетках островков Лангерганса поджелудочной железы, глюкагон — в их а-клетках, СТГ — в малых эозинофилах аденогипофиза, пролактин — в больших эозинофильных клетках той же железы, а гонадотропины — в особых базофильных клетках и т.д.

Исключением из общего правила путей биогенеза гормональных полипептидов является биосинтез таких рилизинг-факторов в клетках гипоталамуса, как ТРФ и ЛГ-РФ. Синтез этих небольших пептидов может происходить не в полисомах на матрице мРНК, а в растворимой части цитоплазмы под влиянием специальных для каждого фактора РФ-синтетазных систем, состоящих из комплекса специфических ферментов (Райклин и др. 1972, 1973; Йоханссон и др., 1973).

Прямая трансляция генетического материала в случаях синтеза большинства полипептидных гормонов чаще всего приводит к образованию не самого гормона, а его малоактивных предшественников — полипептидных препрогормонов (прегормоны).

В такого рода случаях биосинтез полипептидного гормона складывается из двух этапов: 1) рибосомального синтеза неактивного предшественника на матрице РНК и 2) посттрансляционного образования активного гормона. Первый этап протекает обязательно в клетках эндокринной железы, второй — осуществляется, как правило, в эндокринной железе, но может происходить и вне ее.

Посттрансляционная активация гормональных предшественников (процессинг-белков) может реализоваться в двух формах: путем многоступенчатой ферментативной деградации молекул транслируемых крупномолекулярных предшественников с уменьшением размеров молекулы (или молекул) активируемого гормона (или гормонов) и за счет неферментативной ассоциации прогормональных субъединиц с укрупнением размеров молекулы активируемого гормона. Эти пути образования характерны не только для гормональных, но и для других секретируемых белков (Нейрат, 1977).

Первая форма посттрансляционной активации протекает чаще всего как многоступенчатый процесс, реализуемый при участии специфических протеаз ограниченного действия. В результате трансляции под прямым генетическим контролем образуется в таких случаях крупномолекулярный, короткоживущий предшественник препрогормон. Он обычно гидрофобен с N-конца и легко проникает через мембраны эндоплазматического ретикулума, с которым ассоциированы синтезирующие его ансамбли полисом.

При прохождении через мембраны ретикулума происходит ферментативное отщепление от прегормона гидрофобного участка с N-конца его молекулы, и в цистернах ретикулума образуются молекулы укороченного и более гидрофильного прогормона. Прогормон перемещается из жидкой части цитоплазмы (цитозоля) в секреторные гранулы или секретируется в кровь в виде так называемых «больших» гормонов. В крови обнаруживают, в частности, «большой» инсулин, «большой» СТГ, «большой» паратгормон и т.д. (Ялоу, 1978. 1979).

В гранулах эндокринной клетки или вне ее прогормон деградирует, активируется и превращается в истинный гормон. Однако активный гормон может в свою очередь быть прогормоном для других гормональных соединений и превращаться в них под действием протеаз периферических тканей. Схема процесса в общем виде выглядит так:

Схема процесса биосинтеза белково-пептидных гормонов
Схема процесса биосинтеза белково-пептидных гормонов


Протеазы ограниченного действия осуществляют опосредованный генетический контроль биосинтеза гормонов данного типа.

Вторая форма посттрансляционной активации осуществляется обычно внутри эндокринных клеток и характерна для димерных гликопротеиновых гормонов. Схема этих процессов следующая:

Вторая форма посттрансляционной активации
Вторая форма посттрансляционной активации

Присоединение углеводных остатков к субъединицам является ферментативным процессом. Кроме того, каждая субъединица может ферментативно отщепляться от просубъединицы.

Первая форма активации предшественников пептидных гормонов хорошо изучена для биосинтеза инсулина, паратгормона, ангиотензина, в-липотропина, АКТГ и ряда других белково-пептидных гормонов. Рассмотрим эти процессы на примере биогенеза инсулина в в-клетках островкового аппарата поджелудочной железы (Штейнер и др., 1969, 1976). На первом этапе синтеза данного гормона в полисомах клеток синтезируется короткоживущий одноцепочечный пептид, состоящий из 104-110 аминокислотных остатков, с М.м.—11500.

Этот короткоживущий белок, не обладающий биологической активнос/ью, был назван препроинсулином или преинсулином. В нем с/ N-конца цепи есть сигнальный гидрофобный 23-членный пептид, соединенный с в-цепью будущего инсулина (30 остатков), с С-конца расположена А-цспь инсулина (21 остаток), а между В- и А-цепями находится вставочный пептид (30-35 остатков у разных видов) (рис. 27). Сигнальный и вставочный пептиды вариабельны у разных видов животных. В цистернах шероховатого ретикулума на пути из полисом в секреторные гранулы препроинсулин сначала подвергается протеолизу с N-конца, в результате чего отщепляется сигнальный 23-членный пептид, «протаскивающий» прегормон через мембрану.

В результате препроинсулин превращается в проинсулин — одноцепочечный полипептид, который состоит из 81-86 аминокислотных остатков (М.м - 9500) и обладает низкой биологической активностью. В секреторных гранулах происходит превращение проинсулина в инсулин путем ферментативного выщепления вставочного пептида. Данный процесс протекает двухстадийно при участии двух групп ферментов: специфической трипсиноподобной эндопептидазы (превращающего фермента), вызывающей расщепление участков Apr-Apr и Лиз-Apr; карбоксипептидазоподобных ферментов (карбоксипептидаз В), отщепляющих 3 Apr и 1 Лиз.

В результате действия этих ферментов образуется активная двухцепочечная форма инсулина (51 аминокислотный остаток, М.м - 5700), молекула связывающего или С-пептида (26-31 остаток у разных видов) , 3 молекулы аргинина и 1 молекула лизина. Сущность механизма активации в данном случае сводится к выщеплению из молекулы проинсулина вставочного пептида, что обеспечивает необходимую для проявления высокой биологической активности взаимную пространственную ориентацию цепей А и В, связанных двумя дисульфидными мостиками.

Стадии биосинтеза С21, С19 и C18 стероиден
Стадии биосинтеза С21, С19 и C18 стероиден

Описанный принцип активации белково-пептидных гормонов в процессе их биосинтеза, по-видимому, универсален, но может варьироваться в деталях деградации молекул предшественников и в особенностях тканевой локализации стадий процесса. Так, одноцепочечный пептид — паратгормон — образуется в клетках околощитовидных желез в результате последовательной деградации его крупномолекулярных предшественников с N-конца их молекулы (Кемпер и др., 1974, 1976). В полисомах сначала синтезируется препропаратгормон, состоящий из 115 аминокислотных остатков. После отщепления от N-концевой части прегормона 25-членного гидрофобного фрагмента образуется паратгормон (90 остатков аминокислот). Из прогормона в секреторных гранулах клеток железы образуется паратгормон после отщепления 6-членного фрагмента от N-конца прогормональной молекулы.

Из преатриопептида (151 аминокислотный остаток) в миокарде образуется сначала проатриопептид в результате отщепления с N-конца 25-членного сигнального фрагмента. Из последнего затем выщепляются АНФ (124-151 остаток в прегормоне) и кардиодиллатин (26-92 остатка в преформе).

В.Б. Розен
Похожие статьи
показать еще
 
Эндокринная хирургия