Biokhimia_cheloveka_Marri_tom_2 (1123307), страница 54
Текст из файла (страница 54)
!б5 Действие гормонов Рис. 44.5. Регуляция действия гормонов через Са'+. (Соцг1еву о1" 3. Н. Ехгоп.) Фосфоди эстера зы рилированием — дефосфорилированием белков. Любое воздействие сАМР, с том числе на такие разные процессы, как стероидогенез, секреция, транспорт ионов, метаболизм углеводов и жиров, ицдукция ферментов, регуляция генной транскрипции, рост и деление клеток, может регулироваться активностью специфической протеинкиназы или специфической фосфатазы, либо доступностью субстратов фосфорилирования. В некоторых случаях удалось идентифицировать фосфопротеины, участвующие в соответствующих метаболическнх последовательностях; однако для большинства перечисленных выше процессов такие фосфопротеины не обнаружены. Их определение могло бы быть полезным для выявления тканей-мишеней и было бы безусловно необходимым для количественной оценки метаболического ответа клеток.
Многие белки, в том числе казеин, гистоны и протамин, могут подвергаться фосфорилированию; иногда это фосфорилирование может быть искусственным (т.е. протекающим лишь в условиях ш чего) феноменом, полезным, однако, для определения протеинкиназной активности, До последнего времени удавалось определить механизм только тех эффектов сАМР, которые имеют место вне клеточного ядра.
Однако описано воздей- ствие сАМР на транскрипцию ряда генов, Остается не ясным, связаны ли эти ядерные эффекты сАМР с фосфорилированием белков или же с участием белка типа КРБ. Действие гормонов, опосредованное увеличением концентрации сАМР, может быть прекращено различными способами, в том числе путем гидролиза сАМР-фосфодиэстеразами. Наличие этих гидролитических ферментов обеспечивает быстрый оборот сигнального соединения (сАМР), а следовательно, и быстрое прекращение биологического процесса тотчас после удаления стимулирующего гормона. Фосфодиэстеразы сАМР существуют в двух формах: с высокой и низкой Км, и сами служат объектом регуляции со стороны гормонов, а также внутриклеточных посредников, таких как кальций, действующий, видимо, при участии кальмодулина.
Ингибиторы фосфодиэстеразы, в первую очередь метилированные производные ксантина, например кофеин, увеличивают внутриклеточный уровень сАМР, тем самым воспроизводя и усиливая действие гормонов. Глава 44 Фосфопротеиифосфа тазы Еще один способ контролирования эффекта— Регуляция процесса дефосфорилирования белков. Фосфопротеинфосфатазы сами по себе служат объектом регуляции посредством как фосфорилирования-дефосфорилирования, так и воздействия различных веществ.
Больше всего накоплено сведений о роли фосфатазы в регуляции обмена гликогена в мышцах. В этой ткани обнаружено два типа фосфопротеинфосфатаз, Тип 1 дефосфорилирует преимущественно ~3-субъединицу киназы фосфорилазы, тогда как тип 11 — а-субъединицу. Активность фосфатазы 1 находится под контролем двух термостабильных белков-ингибиторов. Ингибитор 1 фосфорилируется с АМР-зависимой протеиикиназой; инги битор 2, являющийся, по-видимому, субъединицей неактивной фосфатазы, также подвергается фосфорилированию — предположительно киназой-3 гликогенсинтазы. Фосфорилирование обоих ингибиторов ведет к активации фосфатазы.
Действие ряда фосфатаз направлено на некоторые специфические остатки; так, существуют фосфатазы, отщепляющие фосфат от фосфорилированных остатков тирозина. Виеклетечный сАМР Некоторое количество сАМР выходит из клеток и может быть выявлено во внеклеточиой жидкости. Так, при воздействии глюкагона на печень либо вазопрессина или ПТГ на почки повышается уровень сАМР соответственно в плазме крови и моче; на этом основано диагностическое определение чувствительности к гормону органа-мишени. У млекопитаютцих внеклеточный сАМР обладает слабой биологической активностью, а может быть, и вовсе лишен ее, но у прокариот и низших эукариот это чрезвычайно важный внеклеточный посредник.
Гувнвлатциклвзв, еСМР, сСМР-зввиснмав протеивквпвза Циклический СМР образуется из СТР под действием фермента гуанилатциклазы, которая существует в растворимой и мембраносвязаиной формах. Каждый из этих изоферментов обладает собственной кииетикой, физико-химическими и антигенными свойствами. Одно время полагали, что действие сОМР функционально противоположно действию сАМР. Сейчас уже ясно, что сСМР играет специфическую роль в действии гормонов.
Существует семейство пептидов, выделяемых тканью предсердий,— атриопептиды, которые вызывают выделение натрия с мочой, диурез, расширение сосудов, торможение секреции альдостерона. Эти пептиды (например, натрийуретический фактор предсердий) связываются с мембранной гуанилатциклазой и активи- руют ее. В результате происходит увеличение (в некоторых случаях 50-кратное) концентрации сСМР, что, по-видимому, и опосредует эти эффекты. Накоплены данные, указывающие на связь сСМР с расширением сосудов.
Так, ряд соединений, в частности нитропруссид, нитроглицерин, нитрит натрия, азид натрия, вызывают расслабление гладких мышц и являются мощными сосудорасширяющими агентами; все они увеличивают содержание сСМР путем активации растворимой формы гуанилатциклазы; ингибиторы АМ Р-фосфодиэстеразы усиливают и пролонгируют указанные физиологические эффекты, Повышение концентрации сСМР в клетках ведет к активации сС МР-зависимой протеинкиназы, которая в свою очередь фосфорилирует ряд белков гладкой мышцы, в частности легкую цепь миозииа; в результате именно этого процесса, как считается, происходит расслабление гладких мышц и расширение сосудов. 2.
ДЕЙСТВИЕ ГОРМОНОВ, ОПОСРЕДОВАННОЕ КАЛЬЦИЕМ И ФОСФОИНОЗИТИДАМИ Ионизированный кальций служит важнейшим регулятором разнообразных процессов, таких, как мышечное сокращение, сопряжение стимул-секреция, последовательность реакций свертывания крови, активность многих ферментов, возбудимость клеточных мембран. Он является также внутриклеточным посредником действия ряда гормонов. Метаболизм кальции Концентрация внеклеточного кальция (Са'+) составляет 5 ммоль/л и регулируется очень строго (см. гл. 47). Внутриклеточная концентрация свободных ионов кальция гораздо ниже — О,! — 1О мкмоль/л, а количество Са", связанного с внутриклеточными органеллами (митохондриями и эндоплазматическим ретикулумом), колеблется в пределах 1 — 20 мкмоль/л. Несмотря на этот 5000 — 10000-кратный концентрационный градиент и благоприятствующий проникновению Са'+ трансмембранный электрический градиент, вход Са'+ в клетки резко ограничен.
Изменение концентрации Са" в цитозоле происходит по трем механизмам. Ряд гормонов (класса 11. Б) повышает проницаемость мембраны для Са" и тем самым увеличивает вход в клетку Са'+. Это может осуществляться по механизму Ха+/Са'+-обмена, обладающему большой емкостью, но низким сродством к Са'+. Существует также зависимый от АТРазы Са'+/2Н'-насос, обеспечивающий выведение Са'+ из клетки в обмен на Н'. Этот механизм характеризуется высоким сродством к Са", но малой емкостью и, по-видимому, ответствен за тонкую настройку уровня Са'+ в цитозоле. Наконец, возмо- Действие гормонов 1б7 жна как мобилизация Са'+ митохондрий и эндоплазматического ретикулума, так и накопление Са" в этих органеллах.
Современные представления о роли Са" как внутриклеточного посредника в действии гормонов основаны на двух наблюдениях. Во-первых, удалось количественно определить быстрые изменения внутриклеточной концентрации Са" — такие изменения соответствуют роли внутриклеточного посредника. Эти данные были получены разными методами, в том числе путем использования флуоресцирующих хелаторов Са" — квин-2 Яшп 2) и фура-2 (Гига 2).
С помощью этих соединений можно количественно оценить быстрые изменения концентрации Са" на субмикромолярном уровне. Второе важное наблюдение, указывающее на связь Са" с эффектом гормонов, состояло в определении внутрнклеточных мишеней действия этого иона: был обнаружен Са"- зависимый регулятор фосфодиэстеразной активности, и это послужило основой для понимания того, каким образом Са'+ и сАМР взаимодействуют внутри клетки. Кальмодулин Кальций-зависимый регуляторный белок назван кальмодулином; его мол.
масса 17000, по структуре и функции он гомологичен мьцпечному белку тропонину С. Кальмодулин содержит четыре участка связывания Са' . Связывание Са" по всем четырем участкам ведет к заметному изменению конформации белка: большая часть молекулы приобретает структуру а-спирали. Эти конформационные переходы определяют, видимо, способность кальмодулина активировать или инактивировать определенные ферменты. Взаимодействие ионов кальция с кальмодулином (и соответствующее изменение активности последнего) в принципе сходно с процессом связывания сАМР с протеинкиназой, обеспечивающим активацию этого фермента. Кальмодулин часто оказывается одной из многочисленных субъединиц сложных белков н, как правило, участвует в регуляции активности различных киназ, а также ферментов синтеза и распада циклических нуклеотидов.
Список некоторых ферментов, прямо или косвенно (повидимому, через кальмодулнн) регулируемых Са", приведен в табл. 44.5. Са"-кальмодулин оказывает регуляторное влияние не только на активность ферментов н транспорт ионов, но и на функционирование многих структурных элементов в клетке. К числу последних относится актин-миозиновый комплекс гладких мьпцц, находящийся под 13-адренергическим контролем, а в неконтрактильных клетках — микрофиламенты, опосредующие такие процессы, как клеточная подвижность, изменение формы клеток, митоз, высвобождение гранул, эндоцитоз. Таблипа 44.5.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
