194 |
Глава 10 |
Биологические мембраны |
10.5 Трансмембранная передача сигнала
Существует несколько основных сигнальных путей, позволяющих клетке воспринимать внешние стимулы и отвечать на них каким-либо образом (например, воспринимать сигналы от гормонов):
1.MAPK/ERK сигнальная система (англ. Mitogen-activated protein kinase —
митогенактивированная протеинкиназа; Extracellular signal-regulated ki- nases — внеклеточные регулируемые киназы) — сложная сигнальная система, состоящая из множества белков, среди которых — Ras и Raf- белки.
Пример сигнальной молекулы, активирующей эту систему: инсулин.
2.Аденилатциклазная сигнальная система — сигнальная система, со-
стоящая из:
а. Трансмембранных рецепторов (GPCR), сопряжённых с G- белками;
б. Аденилатциклазы (фермента, синтезующего циклический АМФ
—вторичный мессенджер в этом сигнальном пути);
в. Протеинкиназы А (фермента, фосфорилирующего клеточные белки).
Примеры медиаторов, активирующих эту систему: нуклеозиды, нуклео-
тиды, Ca2+, катехоламины и другие биогенные амины, эйкозаноиды, пеп-
тидные и белковые гормоны (см. полный список в доп. вопросах). Описание событий в этой сигнальной системе приведено на Рис. 116 ▼ и в комментарии к нему.
Трансмембранная передача сигнала 195
Рис. 116. Аденилатциклазная сигнальная система1
1.Гормон связывается с активирующим рецептором Rs и стимулирует связывание рецептора с гетеротримерным Gs-белком.
2.Это приводит к тому, что α-субъединица Gs-белка теряет сродство к связанному с ней ГДФ и обменивает его на ГТФ.
3.Затем комплекс Gsα-субъединицы и ГТФ отщепляется от комплекса двух субъединиц (Gβγ).
4.Комплекс Gsα-субъединицы и ГТФ активирует фермент аденилатцик-
лазу.
5.Аденилатциклаза катализирует реакции конверсии АТФ в цАМФ.
6.Активность аденилатциклазы резко снижается после гидролиза Gsα-
субъединицей связанного с ней ГТФ до ГДФ и Фн. Этот процесс блокирует холерный токсин.
7.Связывание гормона с ингибирующим рецептором Gi запускает схожий каскад событий (8-11).
1 Номер в списке соответствует номеру стадии на рисунке.
195
196Глава 10 Биологические мембраны
8.α-Субъединица Gi-белка теряет сродство к связанному с ней ГДФ и обменивает его на ГТФ. Этот процесс блокирует коклюшный токсин.
9.Комплекс Giα-субъединицы и ГТФ отщепляется от комплекса двух субъединиц (Gβγ).
10.Комплекс Giα-субъединицы и ГТФ ингибирует аденилатциклазу.
11.Ингибирование аденилатциклазы резко прекращается после гидролиза Giα-субъединицей связанного с ней ГТФ до ГДФ и Фн.
12.Синтезированный цАМФ активирует протеинкиназу А (ПкА, R2C2), связываясь с регуляторным димером R2 и вызывая отщепление каталитических субъединиц C.
13.Эта каталитическая субъединица C активирует различные клеточные белки, фосфорилируя их.
14.Этот сигнальный путь контролируется ферментом цАМФ-фосфодиэсте- разой, расщепляющим цАМФ до АМФ.
15.Кроме того, определенный контроль осуществляют фосфопротеинфосфатазы, отщепляющие остаток фосфорной кислоты от белков.
3.Инозитолфосфатная сигнальная система — сигнальная система, со-
стоящая из:
а. Трансмембранных рецепторов (GPCR), сопряжённых с Gq- белками;
б. Фосфолипазы С (фермента, гидролизующего фосфатидилинози- тол-4,5-бисфосфат);
в. Протеинкиназы С (фермента, фосфорилирующего клеточные белки).
Описание событий в этой сигнальной системе приведено на Рис. 117 ▼ и
вкомментарии к нему.
Трансмембранная передача сигнала 197
Рис. 117. Инозитолфосфатная сигнальная система1
1.Связывание гормона с мембранным рецептором активирует фермент фосфолипазу C при помощи гетеротримерного Gq-белка.
2.От Gq-белка отщепляется Gqα-субъединица, связанная с ГТФ.
3.Фосфолипаза C катализирует гидролиз фосфатидилинозитол-4,5- бисфосфата (ФИФ2) до инозитол-1,4,5-трифосфата (ИФ3) и диацилглицерола (ДАГ).
4.Водорастворимый ИФ3 стимулирует выход ионов Ca2+ из эндоплазматического ретикулума (ЭПР)
5.Ионы Ca2+ активируют клеточные процессы, связываясь с белком каль-
модулином (CaM).
6.Неполярное соединение ДАГ остаётся связанным с мембраной, где оно активирует фермент протеинкиназу С. Кроме того, в активации протеинкиназы С участвуют фосфатидилсерин (ФС) и ионы Ca2+.
1 Номер в списке соответствует номеру стадии на рисунке.
197