Biokhimia_cheloveka_Marri_tom_2 (1123307), страница 90
Текст из файла (страница 90)
Действительно, инсулин является необходимым компонентом всех известных сред для культивирования тканей, так что его значение для роста н реплнкации клеток несомненно. Биохимический механизм влияния инсулина на репликацию клеток не выяснен; предполагают, что он основан на анаболическом действии гормона. Гормоны поджелудочной железы 259 Механизм действия инсулина ° Инс~лин Транспорт глюкозы Фосфорилиро- в ание-вефос- форилирование белка Активация и Синтез ингибирование белка ферментов Рост и реппикация клетки гйу~ФЖ Жу~~~~'у Рис.
51.15. Связь между рецептором инсулина и его действием. (Соигтеау ог С. К. КаЬп.) Возможно, здесь играет роль влияние на поглощение глюкозы, фосфата, нейтральных аминокислот типа А н катионов. Гормон может стимулировать репликацию, используя свою способность активировать или инактивировать ферменты путем регуляции скорости и степени фосфорилнрования белков или регулируя синтез ферментов.
Весьма интересная новая область исследований связана с изучением тирозинкиназной активности. Инсулиновый рецептор, как и рецепторы многих других факторов роста, включая ТФР и ФРЭ, обладает тирозннкиназной активностью. Важно отметить, что по крайней мере 10 онкогенных продуктов (многие из которых, вероятно, участвуют в стимулировании реплнкации злокачественных клеток) также представляют собой тирозинкиназы.
Клетки млекопитающих содержат аналоги этих онкогенов (протооикогены), продукты которых могли бы участвовать в репликации нормальных клеток. В пользу предположения о роли протоонкогенов свидетельствуют недавние работы, показавшие, что экспрессия, по крайней мере двух продуктов протоонкогенов — с4ов и с-шув,— после добавления сыровотки к культуре клеток с остановленным ростом усиливается. Показано также что, ТФР стимулирует образование специфических мРНК. Предстоит выяснить, аналогичен ли механизм действия инсулина.
А. Рецептор инсулина. Действие инсулина начинается с его связывания со специфическим гликопротеи новым рецептором на поверхности клетки- мишени. Различные эффекты этого гормона (рис. 51.15) могут проявляться либо через несколько секунд или минут (транспорт, фосфорилирование белков, активация и ингибирование ферментов, синтез РНК), либо через несколько часов (синтез белка и ДНК и клеточный рост).
Инсулиновый рецептор подробно исследован с помощью биохимических методов и технологии рекомбинантных ДНК. Он представляет собой гетеродимер, состоящий из двух субъединиц (а и р) в конфигурашш пт-рр связанных между с060Й дисульфидными мостиками (рис. 51.15). Обе субъединицы содержат много гликозильных остатков. Удаление сиаловой кислоты и галактозы снижает как способность связывать инсулин, так и активность этого гормона.
Каждая из гликопротеиновых субъединиц обладает особой структурой и определенной функцией. а-Субъединица (мол. масса 135000) целиком расположена вне клетки, и связывание инсулина, вероятно, осуществляется с помощью богатого цистином домена. р-Субъединица (мол. масса 95000)— трансмембранный белок, выполняющий вторую важную функцию рецептора (гл. 44), т.е. преобразова- Грива 51 260 Инсулин нн ин лпнп 2 соон Рис.
51.И. Схема строения рецепторов липопротсинов низкой плотности (ЛПНП), фактора роста эпидермиса (ФРЭ) и инсулина. В каждом из этих рецепторов аминоконцы находятся в той части молекулы, которая выступает из клетки. Рамками обозначены участки, богатые цистеином, которые. как считают, участвуют в связывании лнганда. В каждом рецепторе ( 25 аминокислот) имеется короткий домен, пересекакнций плазматическую мембрану (заштрихованная полоса), и внутриклеточный домсн варьирующей длины. Рецепторы ФРЭ и инсулина обладают тирозинкиназной активностью, локализованной в цитоплазматическом домене; кроме того, в этом домене находятся участки, в которых происходит аутофосфорилирование.
Инсулиновый рецептор представляет собой гетеротетрамер, отдельные цепи (вертикальные полосы) которого связаны между собой днсульфидными мостиками. нне сигнала. Цитоплазматическая часть субъединицы обладает тирозинкиназной активностью и содержит участок аутофосфорилировання. Считается, что и то и другое важно для преобразования сигнала и действия инсулина (см. ниже).
Поразительное сходство между тремя рецепторами, выполняющими различные функции, проиллюстрировано на рис. 51.16. Действительно, последовательности некоторых участков ~)-субъединнцы гомологичны таковым в рецепторе ФРЭ. Рецептор инсулина постоянно синтезируется и распадается; его период полужизни составляет 7— 12 ч. Рецептор синтезируется в виде одноцепочечного пептида в шероховатом зндоплазматическом ретикулуме и быстро гликозилируется в аппарате Гольджи.
Предшественник человеческого рецептора инсулина состоит из 1382 аминокислот, его мол. масса составляет 190000, при расщеплении он образует зрелые а- и )3-субъединицы. У человека ген инсулинового рецептора локализован в хромосоме 19. Рецепторы инсулина обнаружены на поверхности большинства клеток млекопитающих. Их концентрация достигает 20000 на клетку, причем часто они выявляются и на таких клетках, которые не относят к типичным мишеням инсулина. Спектр метаболических эффектов инсулина хорошо известен. Однако инсулин участвует и в таких процессах, как рост и репликация клеток (см.
выше), органогенез и дифференцировка у плода, а также в процессах заживления и регенерации тканей. Строение инсулинового рецеп- тора, способность различных инсулинов связываться с рецепторами и вызывать биологические реакции практически идентичны в клетках всех типов и у всех видов. Так, свиной инсулин почти всегда в 1Π— 20 раз эффективнее свиного проннсулина, который в свою очередь в 10 — 20 раз эффективнее инсулина морской свинки даже у самой морской свинки. Инсулиновый рецептор имеет, по-видимому, высоко консервативную структуру, еше более консервативную, чем структура самого инсулина. При связывании инсулина с рецептором происходят следующие события: 1) изменяется конформация рецептора, 2) рецепторы связываются друг с другом, образуя микроагрегаты, пятна (ра1сЬез) или нашлепки, 3) рецептор подвергается интернализации и 4) возникает какой-то сигнал.
Значение конформационных изменений рецептора не известно, но интернализация, вероятно, служит средством регуляции количества и кругооборота рецепторов. В условиях высокого содержания инсулина в плазме, например при ожирении или акромегалии, число инсулиновых рецепторов снижается и чувствительность ткансймишеней к инсулину уменьшается.
Такая «снижающая» регуляция обусловлена потерей рецепторов в результате их интернализации, т.е. процесса проникновения инсулин-рецеп торных комплексов в клетку путем зндоцитоза с помошью покрытых клатрином пузырьков (см. гл. 41). «Снижаюшая» регуляция объясняет отчасти инсулинорезистентность при ожирении и сахарном диабете 11 типа. Гормоны поджелудочной железы 261 Б. Внутриклеточные медиатары. Хотя механизм действия инсулина изучается более 60 лет, некоторые важнейшие вопросы, например природа внутриклеточного сигнала, остаются нерешенными, и инсулин в этом отношении не исключение. Внутриклеточные посредники не идентифицированы для очень многих гормонов (табл.
44.1). Множество различных молекул рассматривалось в качестве возможных внутри- клеточных вторых посредников или медиаторов. К ним относятся сам инсулин, кальций, циклические нуклеотиды (сАМР, сС1МР), Н,О„пептиды мембранного происхождения, фосфолипиды мембраны, одновалентные катионы и тирозинкиназа (рецептор инсулина). Не одно из предположений не подтвердилось. В центре внимания современных исследователей лежит тот факт, что инсулиновый рецептор сам является ферментом, чувствительным к инсулину, поскольку при связывании инсулина он подвергается аутофосфорилированию. Эта функция осуществляется Р-субъединицей, которая, действуя как протеинкиназа, переносит у-фосфат с АТР на остаток тирозина в р-субъединице.
Инсулин повышает 1',„этой ферментативной реакции, а двухвалентные катионы, особенно Мп", снижают Км для АТР. Фосфорилирование тирозина нетипично для клеток млекопитающих (на долю фосфотнрозина приходится всего 0,03% фосфоаминокислот, содержа- Шихся в нормальных клетках), и вполне возможно, что наличие у рецепторов ФРЭ, ТФР, ИФР-1 тирозинкиназной активности неслучайно. Существует предположение„что тирозинкиназная активность— важный фактор в действии продуктов ряда вирусных онкогенов. Их связь с клеточными аналогами онкогенов, обладающими сходными свойствами при злокачественном и нормальном клеточном росте„ рассматривалась выше.
Изучение структуры этих компонентов выявило высокую степень гомологии между рецепторами и онкогенами, например между рецептором ФРЭ и егЬ-В, между рецептором ТФР и т-и и между инсулиновым рецептором и т-тот. Участие тирозинкиназы в преобразовании инсулин-рецепторного сигнала не доказано, но оно могло бы заключаться в фосфорилировании специфического белка, инициирующего действие инсулина, в запуске каскада фосфорилирование-дефосф- орилирован, в изменении некоторых свойств клеточной мембраны или образовании какого-то связанного с мембраной продукта, например фосфолипида.
В. Фпсфорилирпваиие-дефосфорилирпвание белка. Многие из метаболических эффектов инсулина, особенно те, которые возникают быстро, опосредованы его влиянием на реакции фосфорилированиядефосфорилирования белка, что в свою очередь влияет на ферментативную активность данного белка. Перечень ферментов, активность которых регу- лируется таким путем, приведен в табл. 51.3. В некоторых случаях инсулин снижает внутриклеточное содержание сАМР (активируя сАМР-фосфодиэстеразу), что приводит к уменьшению активности сАМР-зависимой протеинкиназы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
