Характеристика мембранного типа рецепции гормонов. Аденилатциклазный путь

10 Августа в 11:58 2939 0


Это один из широко распространенных и наиболее хорошо изученных путей действия гормонов (Сазерлэнд и др., 1955-1971; Гилмэн и др., 1977-1988). Аденилатциклазный путь связан с активацией или ингибированием узлового фермента аденилатциклазы (Ац) — интегративного мономерного белка мембран с М.м. примерно 150 кД, превращающего АТФ в присутствии Mg в циклический 3', 5'-аденозинможхросфат (цАМФ).

Фермент существует в двух близких по структуре формах, отличающихся тем, что одна форма Са - независимая, а другая Са2+ - зависимая. Обе формы Ац реагируют изменением специфической активности на различные гормон-рецепторные комплексы. Рецепторы, сопряженные с Ац-путем, — одноцепочечные пептиды, необладающие собственной активностью ферментов и ионных каналов (см. выше). В одной и той же клетке, например в адипоците, имеется ряд разнотипных мембранных рецепторов: глюкагона, адреналина, секертина, АКТГ.

Однако действие всех этих гормон-рецепторных комплексов конвергентно замыкается на Ац и в данном случае повышает ее активность (рис. 61). Вместе с тем действие разных гормонов на Ац может быть стимулирующим (максимальное повышение активности в 10-50 раз) или ингибирующим (максимальное снижение активности в 2 раза). К числу гормонов—стимуляторов фермента относятся: глюкагон, адреналин, секретин, большинство тропных гормонов гипофиза, многие либерины, паратгормон, кальцнтонин, вазопрессин (его антидиуретический, или v2-эффект). Ингибиторы Ац — соматостатин, опиоиды, некоторые простагландины, ацетилхолин (через М-холинорецепторы), норадреналин (через а-адренорецепторы), гистимин.

Взаимодействие гормонов с аденилатциклазой и образование цАМФ в клетке-мишени
Рис. 61. Взаимодействие гормонов с аденилатциклазой и образование цАМФ в клетке-мишени: 
Г1, г2, г3 — гормоны, Р1,Р2,Р3 — рецепторы. 1, 2, 3 — этапы рецепции; зигзагами на стрелках обозначены механизмы трансмембранного сопряжения приема сигнала и эффектов

Несмотря на то что множество гормон-рецепторных комплексов так или иначе опосредуют свои эффекты через активность Ац и его продукта цАМФ, циклазный фермент не является прямым акцептором для комплексов. Акцепторы, непосредственно взаимодействующие, с одной стороны, с гормон-рецепторными комплексами, с другой — с ферментом — регуляторные G (N) -белки. Именно тип этих белков определяет направленность и отчасти степень влияния гормонов на Ац (Гилмэн, 1977-1988; Ткачук, 1986-1990; Воейков, 1988).

G-белки — семейство полифункциональных мембранных белков, включающее примерно 15-20 членов, имеющих стандартную четвертичную структуру. Это гетеротримеры, состоящие из 3 типов субъединиц: а (41-45 кД), в (35 кД) и у (14 кД). В различных G-белках мономеры имеют высокую степень гомологии. Выявлено по крайней мере 12-15 субтипов субъединиц а (наиболее вариабельна) и примерно по 3 субтипа субъединиц в и у. В виде единого тримерного комплекса белки существуют в мембране внегормональной стимуляции (рис. 62). При этом тримерный неактивный G-белок ассоциирован с помощью специального связывающего места на а-субъединице с Ац (или другими гормонзависимыми ферментами) .

Взаимодействие гормон-рецепторных комплексов (Г-Р) с аденилатциклазой (Ац) через G-белки (a, в, у)
Рис. 62. Взаимодействие гормон-рецепторных комплексов (Г-Р) с аденилатциклазой (Ац) через G-белки (a, в, у):
пояснения см. в тексте

В зависимости от субтипа а-субъединицы G-белки делятся на две группы: стимулирующие Ац (Gs) и ингибирующие этот фермент (Gi). Эти белки отличаются друг от друга не только направленностью действия на Ац, но и размерами, а также рядом свойств. Свои противоположные эффекты — стимулирующие или ингибирующие — G-белки проявляют в условиях гормональной стимуляции. Вне гормонального действия as- и аi-субъединицы существенно не влияют на Ац. Те же а-субъединицы в составе неактивного гетеротримера присоединяют ГДФ и не связаны с Mg .

После образования гормон-рецепторного комплекса последний ассоциирует с ву-субъединицами тримера, резко снижая их сродство к а-субъединице. В результате гетеротример диссоциирует на Г-Р— вy-комплекс и а-субъединицу. Конформация последней изменяется таким образом, что резко падает ее сродство к ГДФ и возрастает к ГТФ (Ка порядка 107-108 л/моль для Gs и 106 л/моль для Gj). Главный аллостерический эффектор а-субъединицы ГТФ обусловливает ее стимулирующее или ингибирующее влияние на Ац, чему способствует связывание данной субъединицы с Mg .

В свою очередь Г-P-вy комплекс легко диссоциирует сначала на Г-Р- и ву-субъединицы, а затем Г-Р на Г и Р. Часть рецепторов вступает в новый рецепторный цикл. Частично же рецепторы инактивируются под влиянием протеинкиназы А (см. выше), что в конце концов приводит к терминации эффекта предыдущего цикла. Вместе с тем а-субъединица в комплексе с ГТФ и Mg2+ — не только регулятор Ац, но и мощная ГТФаза, расщепляющая связанный ею ГТФ до ГДФ и фосфата.



Активация ГТФазных свойств отстает во времени от регуляции активности Ац. В результате ГТФазной реакции комплекс Ац и а-субъединицы инактивируется: Ац возвращается к исходной активности, а а-субъединица, связанная с ГДФ, образует исходный гетеротример аву (см. рис. 62). Очевидно, ГТФазные свойства G-белков терминируют процесс инициации гормонального эффекта на пострецепторном уровне. Если эти белки ковалентно АДФ-рибозилируются (например, под влиянием холерного токсина) ГТ

Фазная активность G-белков полностью и необратимо выключается, цикл активации Ац как бы полностью запирается, и уровень циклазного фермента постоянно повышен (или понижен). Аналогичная ситуация может быть частично имитирована негидролизуемыми аналогами ГТФ — Гфф (МН2)ф, Гфф (СН2)ф, ГТФ-y-S. Однако эти аналоги связываются с а-субъединицей нековалентно и поэтому могут быть постепенно вытеснены из комплекса с ней самим ГТФ. Не исключено, что фториды, модулирующие активность Ац, оказывают свое действие через разные типы G-белков, тормозя их ГТФазную активность.

Таким образом, G-белки выполняют функции акцепторов Г—Р, регуляторов Ац и ГТФазы. В экспериментальных условиях активация Ац может быть специфически усилена на уровне самого фермента (без Г, Р и G-белков) с помощью вещества растительного происхождения форсколина (в концентрации 10-5 М).

6 результате изменения активности Ац изменяется, как уже говорилось, скорость синтеза цАМФ — микромолекулярного внутриклеточного посредника широкого круга информонов. Подсчитано, что при максимальной стимуляции Ац 1 молекула связанного с рецептором гормона обусловливает образование до 500 молекул цАМФ. Вместе с тем концентрация данного соединения в клетке зависит не только от активности Ац, способствующей его образованию, но и от активности специальной цитозольной фосфодиэстеразы — фермента, обусловливающего распад и инактивацию 3', 5'-цАМФ до ациклического 5'-АМФ (рис. 63).

Активность этой фосфодиэстеразы (гомодимерный белок, состоящий из мономеров с М.м. примерно 60 кД) может усиливаться (но не прямо) такими гормонами, как инсулин, СТГ, ИРФ-I, ингибируя Ац-путь действия других гормонов. С другой стороны, такие известные фармакологические препараты, как кофеин и теофилин (производные метилксантина) — ингибиторы фосфодиэстеразы, повышают уровень цАМФ в клетке (Робизон и др., 1973).

цАМФ как внутриклеточный регулятор инициирует свои эффекты, специфически взаимодействуя с важнейшим звеном Ац-путипротеинкиназой циклических нуклеотидов (Робизон и др., 1971; Северин и др., 1980). Этот фермент, зависимый от цАМФ, — гетеротетрамер (М.м. примерно 180 кД). Он состоит из двух однотипных регуляторных субъединиц (каждый мономер с М.м. 53 кД) и двух одинаковых каталитических (каждый мономер с М.м. 38 кД). Регуляторные субъединицы в составе гетеротетрамера ингибируют каталитические и вместе с тем являются как бы рецепторами цАМФ, способными его специфически связывать. В результате образования специфического комплекса цАМФ с регуляторными единицами происходит диссоциация последних с каталитическими. Эти субъединицы вне связи с регуляторными обусловливают фосфорилирование множества ферментативных и структурных белков, тем самым их активируя или инактивируя (см. рис. 63).

Активация протеинкиназ цАМФ
Рис. 63. Активация протеинкиназ цАМФ:
Г1, Г2 — гормоны, Р1, Р2 — гормональные рецепторы, Р' — регуляторная («реиепторная ) субъединица протеинкиназы; Сп — субстраты, фосфорилируемые каталитической (К) субъединицей протеинкиназы

В итоге такого рода химической модификации цАМФ-зависимых белков стимулируются гликогенолиз, липолиз, синтез белков в рибосомах, гормонсвязывающая активность рецепторов стероидных гормонов, продукция простагландинов и т.д.

Однако этот процесс тормозит гликогенсинтетазную реакцию и некоторые другие процессы. Интересно, что в процессе активации протеинкиназы сами каталитические субъединицы аутофосфорилируются (Северин, 1979-1981). Таким образом, цАМФ-зависимая протеинкиназа (ПК) представляет собой узловую структуру, «рецептирующую» этот медиатор (регуляторные субъединицы) и «акцептирующие» его (каталитические субъединицы).

При этом на уровне цАМФ гормональный сигнал усиливается в 102 раз, на уровне протеинкиназы — в 104 раз, эффекты же ПК усиливают сигнал до 108 раз (Голдберг, 1975). Видимо, особенности эффектов разных гормонов, действующих по одному и тому же Ац-пути на разного типа клетки, количественно зависимы от концентрации гормональных рецепторов, типа G-белков, вторично подключаемых побочных механизмов действия и качественно обусловлены самим типом клеток-мишеней, т.е. тем, что они «умеют делать» — сокращаться, накапливать жир, секретировать и т.д.

В.Б. Розен
Похожие статьи
показать еще
 
Эндокринная хирургия