Biokhimia_T3_Strayer_L_1984 (1123304), страница 76
Текст из файла (страница 76)
Скорость GTPGDP-обмена значительно возрастает присвязывании G-белка с комплексом гормон—рецептор. Следовательно, при низкомсодержании гормона почти весь G-белок находится в GDP-форме и соответственно почти вся аденилатциклаза неактивна. В некоторых клетках активация аденилатциклазызависит также от концентрации Са 2 + . Дляактивации аденилатциклазы в этих клеткахнеобходим не только G-белок в GTP-форме,но и комплекс Са 2+ с кальмодулином (белокмассой 17 кДа). Таким образом, в настоящеевремя начал проясняться вопрос о том, какие регуляторные циклы определяют активность аденилатциклазы.35.5. Циклический AMP активируетпротеинкиназыКаким образом сАМР воздействует настоль большое число различных клеточныхпроцессов? Есть ли в этих воздействиях чтолибо общее? Действительно, такая общность имеется, и обнаружена она былаопять-таки при изучении регуляции обменагликогена - участка метаболизма, где «родился» сАМР.
Эдвин Кребс и Донал Уолш(Edwin Krebs, Donal Walsh) установили, чтосAMP активирует протеинкиназу в скелетных мышцах. Протеинкиназа фосфорилирует как гликоген-синтазу (переводя еев неактивное состояние), так и киназу фосфорилазы (переводя ее в активное состояние). Таким путем сАМР стимулирует распад гликогена и ингибирует его синтезв мышцах (разд. 16.15). Аналогичный механизм действует в печени.
По существу, всеизвестные эффекты сАМР обусловлены активацией протеинкиназ. Все исследованныеРис. 35.5.Путь передачи информациипри активации аденилатциклазы, вызванной связываниемгормона со специфическим рецептором. G-белок играет решающую роль как в активации,так и в инактивации аденилатциклазы.до сих пор клетки содержат протеинкиназы,которые активируются под действиемсАМР в концентрации порядка 10-8 М. Этикиназы модулируют активность различныхбелков путем их фосфорилирования.Интересен механизм активации протеинкиназы мышц циклическим AMP. Этот фермент состоит из субъединиц двух типов: регуляторной (R) субъединицы (49 кДа),связывающей сАМР, и каталитической (С)субъединицы (38 кДа). В отсутствие сАМРрегуляторная и каталитическая субъединицы образуют комплекс R 2 C 2 , лишенныйферментативной активности. Присоединение сАМР к каждой из регуляторных субъединиц приводит к диссоциации комплексаR 2 C 2 на одну R2-субъединицу и две С-субъединицы.
Свободные каталитические субъединицы обладают ферментативной активностью.Следовательно,присоединениесAMP к регуляторной субъединице снимаетингибирование каталитической субъединицы.сАМР при этом функционирует как аллостерический эффектор. Своей субъединичной структурой (наличием отдельных регуляторных и каталитических субъединиц)протеинкиназа напоминает аспартат-транскарбамоилазу (разд. 22.14).35. Действие гормонов287Рис. 35.6.сАМР активирует протеинкиназу, вызывая диссоциациюкомплекса регуляторных и каталитических субъединиц фермента.35.6.
Циклический AMP - эволюционнодревний сигнал голоданияКак было описано выше (разд. 28.6), сАМРоказывает регуляторное действие на клеткибактерий, у которых он стимулирует транскрипцию определенных генов. Очевидно,что сАМР как вещество-регулятор имеетдлинную эволюционную историю.
У бактерий сАМР служит сигналом голодания. Появление сАМР свидетельствует об отстутствии глюкозы и ведет к синтезу ферментов,необходимых для использования других источников энергии. В некоторых клетках млекопитающих, таких, как клетки печении мышц, сАМР сохраняет свою древнююфункцию сигнала голодания, но при этомдействие сАМР направлено на стимуляциюпротеинкиназы, а не на усиление транскрипции определенных генов. Еще одно важноеразличие состоит в том, что у высших организмов сАМР стал вторым посредником,участвуя во внутриклеточных, а не внеклеточных коммуникативных связях.Почему в ходе эволюции сАМР превра288Часть V.Молекулярная физиологиятился во второго посредника? Представляется, что здесь сыграли роль три фактора.1.
сАМР образуется из повсеместно присутствующего АТР в ходе несложнойреакции, протекающей за счет энергии последующего гидролиза пирофосфата.2. Будучи производным вещества, занимающего центральное положение в метаболических превращениях, сам сАМР стоитв стороне от основных путей метаболизма.сАМР используется только как интеграторобмена веществ и не является ни предшественником в процессах биосинтеза, ни промежуточным продуктом в энергетическомобмене.
Вследствие этого концентрациясАМР может регулироваться однозначно.Более того, сАМР стабилен, если не подвергается действию специфической фосфодиэстеразы.3. сАМР обладает достаточным количеством функциональных групп, которыеобеспечивают прочное и специфическоесвязывание с рецепторными белками (например, с регуляторной субъединицей протеинкиназы мышц) и развитие соответствующих аллостерических эффектов.Важно отметить, что использование сАМРкак второго посредника приводит к значительному усилению гормонального сигнала.Так, многие гормоны в крови присутствуютв концентрациях порядка 1 0 - 1 0 М.
В стимулированных клетках-мишенях концентрация сАМР намного выше, так как каждая активированная молекула аденилатциклазысинтезирует много молекул сАМР. Фосфорилирование множества молекул белка молекулой протеинкиназы, активированнойсАМР, представляет собой еще один этапусиления гормонального сигнала. КаскадРис. 35.7.ПространственнаясАМР.модельферментативных реакций, регулирующихобмен гликогена, служит примером того,как малые стимулы могут вызвать значительные изменения метаболизма клетки.35.7. Холерный токсин стимулируетаденилаткиназу, ингибируя GTP-азнуюактивность G-белкаНепосредственное участие сАМР в патологических процессах было четко установленопри холере. Возбудителем этого потенциально смертельного заболевания является Vibrio cholerae - грам-отрицательная бактерия с одним жгутиком, с помощьюкоторого она движется. Основное клиническое проявление холеры - сильнейший понос(диарея).
В течение нескольких часов организм может потерять несколько литровжидкости, и если потерю жидкости не возместить, то развивается шок и наступаетсмерть. Диарея обусловлена не прямым действием бактерии, а бактериальным токсином. Холерный токсин (называемый такжехолерагеном) повышает активность аденилатциклазы в слизистой тонких кишок, которая в свою очередь повышает содержаниесАМР в клетках, причем до исключительновысокого уровня. Последнее стимулирует активный транспорт ионов в кишечном эпителии, вследствие чего резко возрастает выходNa+ и воды в полость кишечника.Холерный токсин - белок массой 87 кДа;он состоит из A1 и А 2 -пептидов, соединенных дисульфидным мостиком, и пяти Впептидов.
Токсин проникает в клетку путемвзаимодействия с ганглиозидом GM1 (разд.20.7) на ее поверхности. Этот богатый углеводами сфинголипид узнают В-цепи токсина. Попав в клетку, А 1 -субъединица (23кДа) ковалентно модифицирует G-белок, регулирующий активность аденилатциклазы.В частности, А1-субъединица токсина катализирует перенос ADP-рибозы от NAD набоковую цепь аргинина G-белка (рис. 35.8).ЭтоADP-рибозилированиеблокируетGTP-азную активность G-белка.
Другимисловами, модифицированный G-белок лишается встроенного в него устройства дляинактивацииаденилатциклазы(см.рис. 35.5). По существу, G-белок оказывается стабилизированным в GTP-форме, а аденилатциклаза - в непрерывно активированном состоянии, несмотря на отсутствиегормона. Аналогичный эффект можно получить in vitro путем добавления к немодифицированному G-белку гуанилилимидодифосфата - негидролизуемого аналога GTP.Рис. 35.8.Холерный токсин катализируетADP-рибозилированиеG-белка - регулятора активности аденилатциклазы.Этот аналог, подобно GTP, активирует Gбелок, но не способен превращаться в GDP.Связывание гуанилилимидодифосфата с немодифицированным G-белком так же активирует аденилатциклазу, как связываниеGTP G-белком, утратившим GТРазную ак-тивность.
Действие холерного токсина ещераз доказывает значение GТРазной активности G-белка. Вспомним, что вредоносноедействие дифтерийного токсина также обусловленоADP-рибозилированиембелкас GТРазной активностью (разд. 29.28).35. Действие гормонов28935.8. Инсулин стимулирует анаболическиепроцессы и ингибирует катаболическиепроцессыОбратимся теперь к инсулину - полипептидному гормону, играющему ключевую рольв интеграции процессов использования топливных веществ, что уже обсуждалось выше (разд.
23.6). Общая характеристика функции инсулина состоит в том, что в мышцахпечени и жировой ткани он усиливает анаболические и ингибирует катаболические процессы. В частности, инсулин повышает скорость синтеза гликогена, жирных кислот,белков, а также стимулирует гликолиз. Важное значение имеет такой аспект действиягормона, как стимуляция проникновенияглюкозы, ряда других сахаров, а также аминокислот в клетки мышц и жировой ткани.Способствуя входу глюкозы в указанныеклетки, гормон снижает ее содержаниев крови (так называемый гипогликемическийэффект).
Инсулин ингибирует такие катаболические процессы, как распад гликогенаи нейтрального жира. Он тормозит такжегликонеогенез путем снижения уровня ферментативной активности пируват-карбоксилазы и фруктозо-1,6-бисфосфатазы. Действие инсулина во многом противоположнодействию адреналина и глюкагона. По существу, адреналин и глюкагон служат сигналами недостаточности глюкозы, тогда какинсулин - сигнал избытка глюкозы.35.9. Препроинсулин и проинсулин предшественники активного гормонаКак показал Фредерик Сангер (FrederikSanger), бычий инсулин состоит из двух цепей: А-цепи из 21 аминокислотного остаткаРис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
