Molekuljarnaja Biologija Kletki v2
.pdf
351
реза, затронутыми оказались всего семь: количества шести из них увеличились, а количество одного уменьшилось. Эффект был обратимым: после удаления гормона скорости синтеза этих белков возвратились к норме. Как полагают, упомянутым методом можно выявить около 10% клеточных белков; таким образом, присоединение кортизола к 10000 молекул его рецептора в печеночной клетке, вероятно, влияет на транскрипцию лишь около полусотни генов-гораздо меньше, чем следовало ожидать, исходя из числа мест связывания на ДНК. Это означает, что многие активированные рецепторы связываются с ДНК в местах, где их присутствие не дает никакого эффекта.
Как связывание гормон-рецепторного комплекса с геном активирует его транскрипцию? Было показано, что узнаваемые гормоном участки ДНК могут стимулировать транскрипцию даже тогда, когда они удалены на тысячи оснований от промотора, где начинается синтез РНК. Механизм действия таких участков ДНК, называемых транскрипционными энхансерами, обсуждается в гл. 10 (разд. 10.2.11).
12-12
12.2.2. Стероидные гормоны часто вызывают и первичный, и вторичный ответ [7]
Во многих случаях реакция на стероидный гормон бывает двухстадийной. Прямая индукция транскрипции нескольких специфических генов называется первичным ответом. Затем продукты этих генов могут в свою очередь активировать другие гены и вызвать через некоторое время вторичный ответ. Таким образом, простой гормональный пусковой сигнал способен производить весьма сложные изменения в картине экспрессии генов.
Поразительный пример мы находим у плодовой мушки дрозофилы. Уже спустя 5-10 мин после инъекции стероидного гормона линьки- экдизона –в гигантских политенных хромосомах слюнных желез появляются шесть новых участков интенсивного синтеза РНК (они имеют вид пуфов; см. разд. 9.2.6). Через определенное время некоторые из белков, синтезированных во время первичного ответа, индуцируют синтез РНК еще примерно в сотне новых участков, что приводит к появлению
Рис. 12-11. Схема раннего первичного (А) и задержанного вторичного (Б) ответа клеток дрозофилы на экдизон. Некоторые из белков, синтезируемых при первичном ответе, включают гены, ответственные за вторичный ответ, а другие выключают гены, участвовавшие в первичном
ответе. На самом деле в обоих ответах участвует больше генов, чем показано на схеме.
352
большой группы белков, характерных для вторичного ответа. Один или несколько первичных белков управляют всем ответом, выключая по принципу обратной связи транскрипцию всех генов, участвовавших в первичном ответе (рис. 12-11). Вполне вероятно, что аналогичные механизмы осуществляют усиление и регуляцию многих реакций на гормоны и в клетках млекопитающих.
12.2.3. В разных клетках-мишенях стероидные гормоны регулируют активность разных генов [8]
Реакция на стероидные гормоны, как и на гормоны вообще, определяется не только природой гормона, но в не меньшей степени и природой клетки-мишени (см. рис. 12-5). В принципе этому может быть два объяснения: либо разные типы клеток имеют разные рецепторы для одного и того же гормона, либо рецепторы одинаковы, но они активируют разные гены. Имеющиеся данные говорят в пользу второго объяснения.
Такие данные были получены в молекулярногенетических экспериментах, показавших, что рецепторные белки для эстрадиола, кортизола и прогестерона кодируются каждый своим собственным единичным геном, и при изучении мутантов млекопитающих с дефектным рецептором мужского полового гормона тестостерона. Все млекопитающие, не подвергшиеся в эмбриональном периоде воздействию тестостерона, развиваются по женскому пути. Мутантные генетические самцы имеют нормальные семенники, вырабатывающие тестостерон, но ткани этих самцов не реагируют на гормон из-за дефектности соответствующих рецепторов. Поэтому у таких самцов развиваются все вторичные половые признаки самок, и семенники их не опускаются в мошонку, а остаются в брюшной полости. Этот синдром тестикулярной феминизации встречается у мышей, крыс, крупного рогатого скота, а также у человека. Хотя изменен только ген, кодирующий рецептор тестостерона, затронутыми оказываются все разнообразные типы клеток, в норме реагирующих на этот гормон (рис. 12-12).
Почему в клетках разного типа один и тот же стероидный гормон активирует разные группы генов? Как описано в гл. 10, для активации эукариотического гена нужно, чтобы с ним, как правило, связалось несколько регуляторних белков (разд. 10.1.5). Поэтому рецептор сте-
Рис. 12-12. Различные клетки-мишени по-разному реагируют на тестостерон, хотя содержат одинаковые рецепторные белки. При синдроме тестикулярною феминизации мутация в одном-единственном гене, изменяющая рецептор тестостерона, приводит к тому, что все клетки-
мишени теряют способность реагировать на этот гормон.
353
роидного гормона может активировать ген только в присутствии необходимой комбинации регуляторных белков, причем некоторые из этих белков тканеспецифичны.
Таким образом, каждый стероидный гормон вызывает характерный комплекс ответов, так как 1) рецепторы для данного гормона имеются только в клетках определенных типов и 2) клетки каждого из этих типов содержат различные комбинации других тканеспецифичных регуляторных белков, которые совместно с активированным стероидным рецептором влияют на транскрипцию специфических групп генов.
Заключение
Стероидные гормоны - это небольшие гидрофобные молекулы, производные холестерола. В крови они находятся в форме водорастворимого комплекса со специальным белком-переносчиком. Освободившись от переносчика, они диффундируют через плазматическую мембрану клетки-мишени и обратимо связываются в цитоплазме или в ядре со специфическими белками-рецепторами. Присоединив к себе гормон, рецептор приобретает повышенное сродство к определенным последовательностям ДНК, которые начинают действовать как энхансеры, т. е. стимулируют транскрипцию нескольких соседних генов. Продукты некоторых из этих генов могут в свою очередь активировать другие гены и вызывать более поздний вторичный ответ, усиливая таким образом действие гормона. Каждый стероидный гормон узнается своим особым рецептором-представителем группы гомологичных белков. Один и тот же рецептор в разных клетках-мишенях регулирует разные наборы генов, вероятно потому, что для транскрипции специфических генов нужны также и другие связывающиеся с ДНК белки, которые в разных клетках различны.
12.3. Механизмы передачи сигнала с участием рецепторних белков клеточной поверхности [9]
Все водорастворимые сигнальные молекулы (в том числе нейромедиаторы, пептидные гормоны и факторы роста), как, впрочем, и некоторые жирорастворимые, присоединяются к специфическим белковым рецепторам на поверхности клеток-мишеней. Поверхностные рецепторы связывают сигнальную молекулу (лиганд) с высоким сродством, и это внеклеточное событие порождает внутриклеточный сигнал, изменяющий поведение клетки.
Используя лиганды, меченные радиоактивными атомами, флуоресцентными красителями или электроноплотными частицами (типа коллоидного золота), можно изучать распределение рецепторов на поверхности клетки. Было показано, что число рецепторов для конкретного лиганда может варьировать в пределах от 500 до более чем 100000 на клетку и что они либо располагаются на мембране случайным образом, либо сосредоточены в определенных ее участках. Подобно другим мембранным белкам, рецепторы клеточной поверхности с трудом поддаются выделению в чистом виде и изучению, особенно в связи с тем, что они составляют менее 0,1% общей массы белка плазматической мембраны. Методы клонирования последовательностей ДНК, кодирующих поверхностные рецепторы, и здесь позволили преодолеть многие трудности и в корне изменили наши представления о структуре и функциях рецепторов.
В отличие от внутриклеточных рецепторов для стероидных и тиреоидных гормонов, рецепторы клеточной поверхности не регулируют
354
непосредственно экспрессию генов. Они лишь передают сигнал через плазматическую мембрану, а влияние, которое они оказывают на процессы в цитозоле или в ядре, связано с образованием новых внутриклеточных сигналов. Можно было бы подумать, что рецепторы клеточной поверхности просто переносят внешние сигнальные молекулы через мембрану в цитозоль, превращая их во внутриклеточный сигнал, однако это не так. Правда, многие белковые сигнальные молекулы, например инсулин, действительно поглощаются клеткой путем эндоцитоза при участии рецептора (разд. 12.5.1), но они не выходят из эндосомных или лизосомных пузырьков в цитозоль. По-видимому, задача внешнего лиганда сводится к тому, чтобы вызвать конформационное изменение белка-рецептора, находящегося на поверхности клетки. В самом деле, действие нормального лиганда нередко могут имитировать связывающиеся с рецептором антитела; этот феномен лежит в основе ряда патологических состояний. Например, весьма обычной причиной гипертиреоза - избыточной функции щитовидной железы - у человека бывает аномальная выработка антител, присоединяющихся к рецепторам тиреотропного гормона; рецепторы при этом активируются и вызывают гиперфункцию железы.
В этом разделе мы рассмотрим, как конформационное изменение белкового рецептора на клеточной поверхности, вызванное присоединением внеклеточного лиганда, позволяет рецептору прямо или косвенно превращать внешний сигнал в сигнал, действующий внутри клетки.
12.3.1. Известны по меньшей мере три класса белковых рецепторов клеточной поверхности: образующие канал, сопряженные с G-белками и каталитические [9]
Большинство белковых рецепторов клеточной поверхности можно отнести к одному из трех классов в зависимости от механизма, используемого для передачи сигнала. Каналообразующие рецепторы - это регулируемые медиаторами ионные каналы, участвующие главным образом в быстрой синаптической передаче сигналов между электрически возбудимыми клетками. Для управления такого рода каналами используется небольшое число нейромедиаторов, которые на короткое время открывают или закрывают образуемый рецепторами канал, изменяя таким образом ионную проницаемость плазматической мембраны, а тем самым и возбудимость постсинаптической клетки. Изучение последовательностей ДНК, кодирующих эти рецепторы, показало, что они относятся к одному семейству гомологичных белков, насквозь пронизывающих мембрану. Эти рецепторы обсуждаются в гл. 19 (разд. 19.3) и здесь рассматриваться не будут.
Каталитические рецепторы при активации лигандом начинают работать как ферменты. Большинство известных каталитических рецепторов - трансмембранные белки с цитоплазматическим доменом, обладающим тирозин-специфической протеинкиназной активностью.
Рецепторы, сопряженные с G-белками, опосредованно активируют или ингибируют определенные ферменты или ионные каналы, связанные с плазматической мембраной. Взаимодействие между рецептором и ферментом или ионным каналом происходит через третий белок, который называют GTP-связывающим регуляторным белком (или G-белком). Рецепторы, связанные с G-белком, обычно запускают целую цепь событий, изменяющих концентрацию одного или нескольких малых внутриклеточных сигнальных молекул, часто называемых внутриклеточными посредниками или внутриклеточными медиаторами. Эти молекулы в свою очередь действуют, изменяя поведение других белков-мишеней в клетке. Два наиболее важных посредника-это циклический AMP (cAMP) и
355
Рис. 12-13. Два главных механизма, с помощью которых рецепторы клеточной поверхности, сопряженные с G-белками, запускают образование внутриклеточных посредников. В обоих вариантах связывание внеклеточного лнганда изменяет конформацию цитоплазматического
домена рецептора так, что он связывается с G-белком, который затем активирует (или ингибирует) определенный фермент плазматической мембраны. В некоторых случаях G-белок взаимодействует не с ферментом, а с ионным каналом. В сАМР-пути активируемый Gs-белком фермент синтезирует циклический AMP. В Са2 + -пути с помощью фермента образуется растворимый посредник, который освобождает из внутриклеточных хранилищ ионы Са 2+. И сАМР, и Са2+ связываются в клетке с другими специфическими белками, изменяя их активность.
Са2 +. Передаваемые ими сигналы генерируются разными путями (те и другие с участием G-белков) и используются во всех животных клетках (см. рис. 12-13). Мы рассмотрим эти пути, прежде чем вернемся к каталитическим рецепторам с тирозин-специфической протеинкиназной активностью; начнем с экспериментов, которые привели к открытию сАМР и проложили путь к нынешнему пониманию того, каким образом внутриклеточные посредники появляются в ответ на внеклеточный сигнал.
12.3.2. Циклический AMP-вездесущий посредник в животных клетках [10]
В клетках мышц или печени воздействие адреналина стимулирует расщепление запасов гликогена. Оказалось, что адреналин активирует
Рис. 12-14. Структурная формула и объемная модель циклического AMP (С, Н, N, О и Р-атомы углерода, водорода, азота, кислорода и фосфора соответственно).
356
фермент гликогенфосфорилазу, катализирующий это расщепление. Далее удалось выяснить, что обработка изолированных мембран печеночных клеток адреналином (в присутствии АТР) вызывает образование низкомолекулярного термостабильного фактора, способного заменять гормон и активировать фосфорилазу в экстракте тех же клеток, не содержащем мембран. В 1959 г. этот медиатор был идентифицирован как циклический AMP (cAMP, рис. 12-14), который, как было позже установлено, регулирует многие внутриклеточные реакции во всех до сих пор изученных прокариотических и животных клетках.
Идентификация циклического AMP привела к изучению ферментов, участвующих в его синтезе и разрушении. Чтобы сАМР мог служить внутриклеточным посредником, его концентрация в клетке (обычно ≤ 10-6 М) должна быть подвержена быстрым изменениям в ту и другую сторону под действием определенных внеклеточных сигналов (при гормональной стимуляции она может за несколько секунд увеличиться в 5 раз). Как мы увидим (разд. 12.4.7), для этого быстрый синтез молекул должен уравновешиваться быстрым их расщеплением или удалением. Циклический AMP синтезируется из АТР ферментом аденилатциклазой, связанным с плазматической мембраной клетки, но быстро расщепляется одним или несколькими ферментами - сАМР-фосфодиэстеразами, которые гидролизуют его до аденозин-5'-монофосфата (5'-АМР) (рис. 12-15).
12-16
12.3.3. Рецептор и аденилатциклаза - это отдельные белки, которые функционально взаимодействуют в плазматической мембране
Многие гормоны и локальные химические медиаторы действуют, изменяя концентрацию сАМР, причем они делают это, активируя (или в некоторых случаях ингибируя) аденилагциклазу, а не влияя на активность фосфодиэстеразы. Подобно тому как один и тот же стероидный гормон неодинаково действует на различные клетки-мишени, разные клетки весьма по-разному реагируют на изменение внутриклеточной концентрации сАМР (табл. 12-2). Любой лиганд, активирующий адени-латциклазу в данной клетке, обычно вызывает одну и ту же реакцию. Например, в жировых клетках аденилатциклазу активируют по крайней мере четыре разных гормона, и все они вызывают расщепление тригли-
Таблица 12-2. Некоторые клеточные ответы на гормоны, опосредуемые циклическим AMP
Ткань-мишень |
Гормон |
Главный ответ |
Щитовидная железа |
Тиреотропный гормон (ТТГ) |
Синтез и секреция |
|
|
тироксина |
Кора надпочечников |
Адренокортикотропный гормон (АКТГ) |
Секреция кортизола |
Яичники |
Лютеинизирующий гормон |
Секреция прогестерона |
Мышцы, печень |
Адреналин |
Распад гликогена |
Костная ткань |
Паратгормон |
Резорбция кости |
Сердце |
Адреналин |
Увеличение частоты и силы сокращений |
Почки |
Вазопрессин |
Реабсорбция воды |
Жировая ткань |
Адреналин, АКТГ, глюкагон, ТТГ |
Расщепление триацил-глицеролов |
Рис. 12-15. Синтез и расщепление сАМР. Пирофосфатаза делает синтез сАМР необратимой реакцией, гидролизуя освобождаемый пирофосфат.
357
церидов (резервная форма жира) до жирных кислот (табл. 12-2). Похоже, что различные рецепторы для этих гормонов активируют общий пул молекул аденилатциклазы. То, что рецепторы и аденилатциклаза - отдельные молекулы, было показано в экспериментах с «трансплантацией» рецепторов. Например, рецепторы адреналина, выделенные из солюби-лизированных детергентами плазматических мембран, не обладают никакой аденилатциклазной активностью, но если поместить их в плазматическую мембрану других клеток, не имеющих собственных рецепторов для адреналина, то такие «пересаженные» рецепторы после активации их гормоном способны к функциональному взаимодействию с аденилатциклазой клетки-реципиента (рис. 12-16).
12.3.4. Рецепторы активируют аденилатциклазу через стимулирующий G-белок (Gs) [12]
У бактерий рецепторы и молекулы аденилатциклазы сопряжены напрямую, но в животных клетках это сопряжение осуществляется еще одним белком. На мысль о таком опосредованном механизме впервые навел тот факт, что для гормональной активации аденилатциклазы в разрушенных клетках необходим GTP. Позднее были выделены мутантные клеточные линии, у которых связывание адреналина аденилатциклазу не активирует, несмотря на наличие нормальных количеств рецепторов и самой циклазы. Смешивая препараты плазматических мембран таких «разобщенных» клеток с экстрактами мембран других клеток, полученными с помощью детергентов, можно было реконструировать чувствительную к гормону аденилатциклазную систему, для работы которой необходим GTP. Оказалось, что упомянутые экстракты содержат особый мембранный GTP-связывающий белок (G-белок), которого нет в «разобщенных» мутантных клетках. Поскольку этот белок участвует в активации фермента, он получил название стимулирующего G-белка (Gs). Индивидуумы с наследственным дефицитом Gs слабо реагируют на многие гормоны и поэтому страдают нарушениями роста в полового созревания, умственной отсталостью и целым рядом метаболических аномалий. Не так давно удалось реконструировать активируемую адреналином аденилатциклазную систему из очищенных компонентов (рецептора адреналина, белка Gs и каталитического компонента аденилатциклазы), встроив их в липосомы из синтетических фосфолипидов (разд. 6.2.2). Эти эксперименты показали, что для активации аденилатциклазы гормоном достаточно этих трех белков.
Чтобы Gs -белок мог передать сигнал от рецептора аденилатциклазе, он должен каким-то образом изменять свою структуру при получении сигнала. Для этого используется GTP. Когда Gs активируется комплексом гормон-рецептор, он одновременно связывает молекулу GTP, после чего и приобретает способность активировать молекулу аденилатциклазы. Gs поддерживает аденилатциклазу в активном состоянии до тех пор, пока цела молекула GTP. Когда Gs, который является GTP-азой, гидролизует GTP до GDP, активация циклазы прекращается.
12-17
12.3.5 Gs -белок - гетеротример, диссоциирующий при активации на субъединицы [13]
Функция Gs -белка решающим образом зависит от его субъединичной структуры. В его состав входят три полипептида: α-цепь (Gsα), которая связывает и гидролизует GTP и активирует аденилатциклазу, и прочный комплекс β-цепи и γ-цепи (Gβγ), который заякоривает Gs на внутренней
Рис. 12-16. Функционально активные адреналиновые рецепторы можно экстрагировать из клеток, в которых аденилатциклаза инактивирована нагреванием, и встроить в плазматическую мембрану клеток, не имеющих таких рецепторов. При активации адреналином
«пересаженные» рецепторы активируют аденилатциклазу в плазматической мембране клеток-реципиентов (сопрягающий рецепторы и циклазу G- белок на схеме не показан). Существует по меньшей мере три типа адреналиновых рецепторов (называемых также адренэргическими) - α1, α2 и β; аденилатциклазу активируют только β -рецепторы.
358
Рис. 12-17. Современная модель, иллюстрирующая, каким образом белковые рецепторы могут функционально сопрягаться с аденилатциклазой через стимулирующий G-белок-GS,. Пока сигнальный лиганд остается связанным, рецепторный белок может активировать все новые молекулы GS-белка, усиливая таким образом ответ. Дополнительный механизм усиления (который в некоторых сигнальных системах имеет большее значение) заключается в удержании связанного GTP на α-субъединице GS,-белка на протяжении многих секунд, так что все это время аденилатциклаза остается активированной. Согласно другой модели, аденилатциклаза остается связанной с GS и в активированном, и в неактивном
состоянии.
359
стороне цитоплазматической мембраны. На рис. 12-17 показана современная модель сопряжения активации рецептора с активацией аденилатциклазы при помощи Gs. В своей неактивной форме Gs существует как тример, с α-субъединицей которого связан GDP. При активации гормонрецепторным комплексом участок связывания гуаниловых нуклеотидов на Gs изменяется, и теперь вместо GDP здесь может присоединиться GTP. Как полагают, в результате присоединения GTP Gsa отделяется от Gβγ и прочно связывается с молекулой аденилатциклазы, которая при этом активируется и начинает синтезировать сАМР. Менее чем за минуту Gsa гидролизует связанный с нею GTP до GDP, что приводит к отделению Gsa от аденилатциклазы (которая становится неактивной) и обратному присоединению Gsa к Gβγ с восстановлением неактивной молекулы Gs.
В аденилатциклазной системе бактерий нет промежуточного звена в виде GS. Почему же тогда у животных клеток выработался столь сложный многоступенчатый механизм передачи сигнала с участием G-белка, «вставленного» между рецептором и активируемым ферментом? Одной из причин может быть необходимость усиления сигнала (см. разд. 12.4.6), а другой-нужда в дополнительных уровнях для контроля.
GS позволяет создать два вида усиления. В простейшем случае единичный активированный белковый рецептор может в принципе успеть столкнуться с многими молекулами СS-белка (и тем самым активировать их), а они затем вызовут активацию многих молекул аденилатциклазы. В ряде случаев, однако, внеклеточный лиганд может не связываться со своим рецептором на достаточно длительное время, чтобы мог сработать этот механизм усиления: некоторые лиганды, например, отделяются от своих рецепторов быстрее чем за секунду. Между тем сам Gs, как полагают, остается активным более 10-15 с, прежде чем произойдет гидролиз связанного с ним GTP. Таким образом, он будет удерживать аденилатциклазу в активном состоянии довольно долго даже после отделения внеклеточного лиганда. Подобный эффект можно продемонстрировать в преувеличенном виде, если к разрушенным клеткам добавить негидролизуемый аналог GTP: последующая обработка гормоном приводит к весьма продолжительному синтезу сАМР.
G-белки не только усиливают сигнал, но и служат важным звеном, где может регулироваться весь процесс активации. В принципе эффективность взаимодействия между рецепторами и ферментом может быть изменена ковалентной модификацией G-белка или изменением его концентрации в плазматической мембране. Наиболее впечатляющая иллюстрация этого - действие бактериального токсина, ответственного за симптомы холеры. Холерный токсин представляет собой фермент, катализирующий перенос ADP-рибозы с внутриклеточного NAD на а- субъедини-цу GS-белка. Последняя при этом теряет способность гидролизовать связанный с нею GTP. Аденилатциклаза, активированная такой видоизмененной α-субъединицей GS-белка, может оставаться в активном состоянии неопределенно долго. В результате длительное повышение уровня сАМР в клетках кишечного эпителия вызывает массированный выход воды и натрия из этих клеток в просвет кишечника, что и приводит к тяжелому поносу - характерному симптому холеры.
GS- только один из представителей большого семейства G-белков, обеспечивающих сопряжение рецепторов с разнообразными ферментами и ионными каналами в мембранах эукариотических клеток. Как мы сейчас увидим, другой представитель этого семейства не активирует, а, наоборот, ингибирует аденилатциклазу.
360
12.3.6 Рецепторы подавляют активность аценилатциклазы через ингибирующий G-белок (Gi) [13]
Одна и та же сигнальная молекула может как повышать, так и понижать внутриклеточную концентрацию сАМР в зависимости от типа рецептора, с которым она связывается. Например, есть несколько типов рецепторов для адреналина: β-адренэргические рецепторы активируют адени-латциклазу, а α2-адренэргические ингибируют ее. Различный конечный эффект определяется G-белками, осуществляющими сопряжение этих рецепторов с аденилатциклазой: β-рецепторы действуют через Gs, а α2-рецепторы - через ингибиторный G-белок (Gi), который содержит тот же βγкомплекс, что и Gs, но другую α-субъединицу (Gia). Будучи активирован, а2-адренэргический рецептор взаимодействует с Gβγ приводя к замене GDP на GTP в участке связывания гуаниловых нуклеотидов на α-субъединице. При этом, как полагают, Gia отделяется от Gβγ и обе эти субъединицы участвуют в ингибировании аденилатциклазы: Gia прямо подавляет активность аденилатциклазы, тогда как действие Gβγ обусловлено связыванием свободной Gsа-субъединицы и, как следствие, устранением ее активирующего влияния на аденилатциклазу.
Подобно тому как холерный токсин повышает уровень сАМР, ADP-рибозилируя субъединицу Gsa и инактивируя ее GTP-азную активность, коклюшный токсин-продукт бактерий, вызывающих коклюш, - дает тот же эффект, ADP-рибозилируя Gia. В этом случае, однако, модификация G-белка препятствует его взаимодействию с рецепторами; поэтому при активации рецептора аденилатциклаза не ингибируется.
Хотя G-белки были открыты благодаря их влиянию на аденилатциклазу, они могут действовать и другими путями (см. табл. 12-3). В частности, активируя фосфолипазу С (разд. 12.3.9), некоторые G-белки могут
Таблица 12-3. Некоторые GTP-связывающие регуляторные белки, участвующие в передаче сигнала в клетке
Тип G-белка |
α-Субъединица1 |
Функция |
|
Модифицирующий |
бактериальный |
|
|
|
|
токсин |
|
|
|
|
|
|
|
GS |
αs |
Активация аденилатциклазы |
|
Холерный |
|
Gi |
αi |
Инактивация аденилатциклазы |
|
Коклюшный |
|
Gp |
? |
Активация фосфоинозитид-специфической |
фосфо- |
Коклюшный (только в некоторых клетках) |
|
|
|
липазы С |
|
|
|
GO |
α0 |
Главный G-белок головного мозга; |
может Коклюшный |
|
|
|
|
регулировать ионные каналы |
|
|
|
Трансдуцин |
Tα |
Активация cGMP-фосфо-диэстеразы в |
палочках Коклюшный и холерный |
|
|
|
|
сетчатки позвоночных (см. разд. 12.3.12) |
|
|
|
ras-Белки |
-2 |
Участвуют в стимуляции клеточного деления |
|
|
|
|
|
факторами роста (см. разд. 12.3.11 и 13.4.5) |
|
|
|
1За исключением ras-белков (и Gp, структура которого не ясна), G-белки - гетеротримеры, в которых α-субъединица непрочно связана с димером βγ. Все известные α-субъединицы (мол. масса 40000-50000) гомологичны, и у большинства из них одинаковые (или очень сходные) β- субъединицы (мол. масса 35 000) и γ-субъединицы (мол. масса 8000).
2ras-Белки- одиночные полипептиды (мол. масса 21 000), гомология которых с субъединицами других G-белков незначительна;
участвуют ли они в сопряжении рецепторов с эффекторными белками таким же образом, как другие G-белки, не известно.
связывать активацию рецептора с изменением концентрации Са2+ в цитозоле, а Са2+ используется как внутриклеточный посредник еще более широко, чем сАМР.
12.3.7 Ионы Са2+ запасаются в специальном внутриклеточном компартменте [14]
Концентрация свободных ионов Са2+ в цитозоле клеток очень низка (порядка 10 -7 М), тогда как концентрация их во внеклеточной жидкости (более 10 -3 М) и в специальном внутриклеточном запасающем Са2+ компартменте довольно высока. Столь значительный градиент ионов Са2+ стремится «проталкивать» их в цитозоль через плазматическую мембрану и мембрану запасающих внутриклеточных органелл. Когда какой-то сигнал на короткое время открывает в этих мембранах Са2+ -каналы, ионы Са2+ буквально врываются в цитозоль, резко повышая свою локальную концентрацию и активируя чувствительные к ним механизмы в клетке.