Biokhimia_T3_Strayer_L_1984 (1123304), страница 75
Текст из файла (страница 75)
(С любезного разрешенияLynne Mercer.)метки в фосфорилазу возрастала в присутствии адреналина и глюкагона, причем этовозрастание было прямо пропорциональнодействию гормонов на распад гликогена.Таким образом, в результате этих исследо-ваний и было установлено, что фосфорилаза активируется при фосфорилированиии инактивируется при дефосфорилировании.Этобылпервыйпримеррегуляцииактивности фермента с помощью механизма ковалентной модификации.Далее приступили к анализу активациифосфорилазы гормонами в препарате разрушенных клеток печени. Поразительнымобразом добавление адреналина и глюкагона приводило, как и в опытах со срезами35. Действие гормонов283Рис.
35.2.Примеры трех химически различных классов гормонов:А - адреналин,производноеаминокислоты; Б - глюкагон,полипептид; В - кортизол, стероид.печени, к активации фосфорилазы. Обнаружение того факта, что гормональный эффект проявляется и в бесклеточном гомогенате, явилось новой вехой в развитиибиохимии. Дело в том, что ранее не удавалось наблюдать специфического действиягормонов в бесклеточных системах, и многие биологи полагали, что гормоны способны воздействовать только на интактную клетку-мишень.
Любопытно вспомнить, как за полвека до этого Бухнеры(Buchner) опровергли совершенно аналогичные воззрения, доказав, что процессброжения может идти и в бесклеточном экстракте дрожжей. Однако в отличие отгликолитических ферментов не все компоненты системы, обеспечивающей ответ наадреналин и глюкагон, оказались растворимыми.
Так, после центрифугирования гомогената клеток печени ответная реакцияна добавление гормонов исчезала. Следовательно, какая-то существенная часть системы гормонального ответа была локализована во фракции мембран. Действительно, гормональный ответ можно быловосстановить, добавив к надосадочнойжидкости фракцию субклеточных частиц.Роль субклеточных частиц была выявлена следующим образом. При инкубацииэтой фракции с адреналином и глюкагоном образовывался некий термостабильный фактор. Добавление этого факторак надосадочной фракции приводило к ак284Часть V.Молекулярная физиологиятивации фосфорилазы.
Другими словами,гормональный ответ удалось разделить надва этапа: взаимодействие гормона с мембранной фракцией, приводящее к образованию термостабильного фактора, и действие этого фактора на надосадочнуюфракцию, выражающееся в активации фосфорилазы. Следующая задача состоялав том, чтобы идентифицировать термостабильный фактор, полученный в оченьмалом количестве. По данным химического анализа это был аденинрибонуклеотид,но с необычными свойствами. Сазерлендописал его в письме Леону Хеппелю (LeonHeppel), к которому обратился в надеждена помощь в изучении структуры этого вещества.
В это же время Хеппель получилписьмо от Дэвида Липкина (David Lipkin)с описанием нового нуклеотида, полученного путем обработки АТР гидрооксидомбария. Хеппель пришел к выводу, что Липкин и Сазерленд изучают одно и то же вещество, и помог им связаться друг с другом. Действительно, оба ученых исследовали одно и то же соединение, оказавшеесяаденозин-3',5'-монофосфатом, или, как егообычно называют теперь, циклическимAMP (cAMP). Эта случайная встреча двухученых принесла еще одну пользу: сразувозникла возможность получения большихколичеств сАМР для биохимических иссле-Это высокоэкзергоническая реакция с ΔG°'около — 1 2 ккал/моль. В отсутствие фосфодиэстеразы сАМР - очень стабильное соединение.35.3.
сАМР служит вторым посредникомпри действии многих гормоновРис.35.3.Ферментативный синтез и распад сАМР.дований. Более того, в результате лабораторного синтеза сАМР из АТР и гидрооксида, бария появилась возможность выдвинуть предположение о вероятном путибиосинтеза этого соединения.35.2. Циклический AMP синтезируетсяаденилатциклазой и расщепляетсяфосфодиэстеразойсАМР образуется из АТР под действиеммембранного фермента аденилатциклазы:Эта реакция в небольшой степени эндергонична; ее ΔG°' составляет около 1,6 ккал/моль.
Источником энергии для синтезасАМР служит последующий гидролиз пирофосфата. Специфическая фосфодиэстеразаразрушает сАМР путем гидролиза до A M P :Работа Сазерленда привела к созданию концепции о роли сАМР как второго посредникав механизме действия некоторых гормонов.Первым посредником является сам гормон.Сущность этой концепции заключаетсяв следующем.1.
Плазматические мембраны клеток содержат рецепторы гормонов.2. Взаимодействие гормона с его специфическим рецептором на плазматическоймембране ведет к стимуляции аденилатциклазы, также связанной с плазматическоймембраной.3. В результате активации аденилатциклазы в клетке увеличивается содержаниесАМР.4. Действие сАМР проявляется внутриклетки и состоит в изменении скоростиодного или более процессов.Важная особенность этой гипотезы второго посредника состоит в том, что она непредполагает проникновения гормона в клетку. Действие самого гормона ограничивается клеточной мембраной.
Биологическийэффект гормона опосредован действиемсАМР внутри клетки; непосредственногодействия сам гормон не оказывает. Обоснованность этой концепции была проверенас использованием целого ряда экспериментальных критериев, а именно:1. Аденилатциклазу клетки должны стимулировать те гормоны, которые действуют на эту клетку как на мишень. Гормоны, не вызывающие специфического биологического ответа данной клетки, недолжны повышать в ней активности этогофермента.2. Концентрация сАМР в клетках-мишенях должна изменяться пропорциональнобиологическому ответу этих клеток на гормональную стимуляцию, т.е. она должнапроявлять временную и количественную зависимость от концентрации гормона.3.
Ингибиторы фосфодиэстеразы, например теофиллин или кофеин, должны действовать синергично с теми гормонами, эф-35. Действие гормонов285Таблица 35.1. Гормоны, действие которых опосредованосАМРКальцитонинХорионический гонадотропинфект которых опосредован сАМР каквторым посредником.4. Добавление сАМР или родственногоему соединения к клеткам-мишеням должноимитировать биологическое действие гормона. (На практике сАМР в таких опытах неиспользуется, так как он плохо проникаетв клетки; однако менее полярные производные сАМР, в частности дибутирилсАМР, проникают в клетки и оказываютсвое действие.)Проведенные опыты показали, что циклический AMP является вторым посредникомпри действии не только адреналина и глюкагона, но и многих других гормонов(табл.
35.1). сАМР оказывает влияние на исключительно большое число клеточныхпроцессов. Так, под действием этого соединения увеличивается распад накопленныхзапасов топливных веществ, повышаетсявыделение соляной кислоты слизистой желудка, происходит дисперсия пигментныхгранул меланина, уменьшается агрегациятромбоцитов.Рис. 35.4.286Разделение аденилатциклазыи β-адренергического рецептора центрифугированием солюбилизированной (в растворедетергента)плазматическоймембраны в градиенте плотности сахарозы.
[Haga Т., HagaК., Gilman A.G., J. Biol. Chem.,252, 5776 (1977).]Часть V.Молекулярная физиологияКортикотропинАдреналинФолликулостимулирующий гормонГлюкагонЛютеинизирующий гормонЛипотропинМеланоцитстимулирующий гормонНорадреналииПаратгормонТиреотропный гормонВазопрессин35.4. Сопряжение рецепторов гормоновс аденилатциклазой осуществляетсябелком, связывающим гуаниннуклеотидыКаким образом связывание гормона типаадреналина или глюкагона со специфическим рецептором приводит к активации молекулы аденилатциклазы? Участки связывания этих гормонов локализованы на наружной поверхности плазматической мембраны, тогда как каталитические участкиаденилатциклазы обращены к цитозолю.В сущности, участки связывания гормонаи каталитические участки принадлежатразным белкам, которые можно разделитьпри центрифугировании плазматическоймембраны в растворе детергента (рис.
35.4).Аденилатциклаза (185 кДа) и рецептор адреналина (75 кДа) представляют собой большие интегральные белки мембраны. Рецептор адреналина называют также β-адренергическим рецептором, поскольку он связывает целый ряд фармакологически активныхсоединений.Связывание гормона со специфическимрецептором оказывает активирующее действие на аденилатциклазу не прямо, а опосредованно - через третий белок, называе1мый G-белком (от англ.
guanyl, поскольку этот белок связывает гуаниннуклеотиды).Этот регуляторный белок (42 кДа) существует в двух формах. Комплекс G-белкас GTP активирует аденилатциклазу, тогдакак комплекс G-белка с GDP такого действия не оказывает. G-белок превращаетсяиз неактивной GDP-формы в активнуюGTP-форму в результате обмена связанногоGDP на GTP. Этот GTP—GDP-обмен катализируется гормон-рецепторным комплексом, но не свободным рецептором. Та1В отечественной литературе чаще используется обозначение N-белок.- Прим.
перев.ким образом, путь передачи информацииидет от рецептора гормона на G-белок и далее на аденилатциклазу (рис. 35.5).Как происходит выключение аденилатциклазы? G-белок обладает еще одним свойством, благодаря которому он может передавать информацию от рецепторов гормонана аденилатциклазу. Дело в том, что связанный с G-белком GTP медленно гидролизуется до ADP. Другими словами, G-белокявляется GТРазой.
Следовательно, этот регуляторный белок содержит встроенноев него устройство для инактивации аденилатциклазы. Доля G-белка, находящегосяв комплексе с GTP, а соответственно и степень активации аденилатциклазы зависят ототношения скорости обмена GDP на GTPк скорости гидролиза GTP.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
