Системы вторичных по­средников

1. Система аденилатциклаза -цАМФ

Мембранный фер­мент аденилатциклаза может находиться в двух формах — активи­рованной и неактивированной. Активация аденилатциклазы проис­ходит под влиянием гормон-рецепторного комплекса, образование которого приводит к связыванию гуанилового нуклеотида (ГТФ) с особым регуляторным стимулирующим белком (GS-белок), после чего GS-белок вызывает присоединение Mg к аденилатциклазе и ее активацию (рис.3.14).

Механизм опосредования гормонального стимула системой аденилатциклаза-цАМФ.
Рис.3.14. Механизм опосредования гормонального стимула системой аденилатциклаза-цАМФ.

Так действуют активирующие аденилатциклазу гормо­ны — глюкагон, тиротропин, паратирин, вазопрессин (через V-2-рецепторы), гонадотропин и др. Ряд гормонов, напротив, подавляет аденилатциклазу — соматостатин, ангиотензин- II и др. Гормон-рецепторные комплексы этих гормонов взаимодействуют в мембране клетки с другим регуляторным ингибирующим белком (GI-белок), который вызывает гидролиз ГТФ до ГДФ и, соответственно, подав­ление активности аденилатциклазы. Адреналин через бета-адренорецепторы активирует аденилатциклазу, а через альфа-1-адренорецепторы  ее  подавляет.

Под влиянием аденилатциклазы из АТФ синтезируется цАМФ, вызывающий активацию двух типов протеинкиназ в цитоплазме клетки, ведущих к фосфорилированию многочисленных внутрикле­точных белков. Это меняет проницаемость мембран, активность и количество ферментов, т.е. вызывает типичные для гормона метабо­лические и, соответственно, функциональные сдвиги. В табл.3.3 приведены основные эффекты активации цАМФ-зависимых проте­инкиназ.

Виды белков Эффекты фосфорилирования
Компоненты мембраны Изменения проницаемости
Ферменты, лимитирующие скорость метаболического процесса Активация или подавление
Белки рибосом Активирование или подавление трансляции
Ядерные белки Активирование или подавление транскрипции
Белки микротрубочек Секреторный, двигательный эффекты или изменение конфигурации   клетки

Кроме активации протеинкиназ внутриклеточные эффекты цАМФ реализуются также через три других механизма:

1) Систему кальций-кальмодулин,
2) Трансметилазную систему,
3) Аденозин-5-монофосфат — аденозин.

О роли системы кальций-кальмодулин будет сказано ниже. Трансметилазная система обеспечивает метилирование ДНК, всех типов РНК, белков хроматина и мембран, ряда гормонов на уровне тканей, фосфолипидов мембран. Это способствует реализации мно­гих гормональных влияний на процессы пролиферации, дифференцировки, состояние проницаемости мембран и свойства их ионных каналов и, что важно подчеркнуть особо, влияет на доступность мембранных  реиепторных  белков  молекулам гормонов.

Прекращение гормонального эффекта, реализуемого через систему аденилатциклаза-цАМФ, осуществляется с помощью специального фермента фосфодиэстеразы цАМФ, вызывающей гидролиз этого вто­ричного посредника с образованием аденозин-5-монофосфата. Одна­ко, этот продукт гидролиза превращается в клетке в аденозин, обла­дающий четким эффектом подавления процессов метилирования, что также играет роль в реализации определенных гормональных влияний.

2. Система гуанилатциклаза-цГМФ

Система гуанилатциклаза-цГМФ. Активация мембранной гу-анилатциклазы происходит не под непосредственным влиянием гор­мон-рецепторного комплекса, а опосредованно через ионизирован­ный кальций и оксидантные системы мембран. Типичная стимуля­ция активности гуанилатциклазы ацетилхолином также реализуется опосредованно через Са++ . Через активацию гуанилатциклазы ре­ализует эффект и натриуретический гормон предсердий — атриопептид. Путем активации перекисного окисления стимулирует гу-анилатциклазу биологически активное вещество (тканевой гормон) сосудистой стенки — расслабляющий эндотелиальный фактор. Под влиянием гуанилатциклазы из ГТФ синтезируется цГМФ, активи­рующий цГМФ-зависимые протеинкиназы, которые уменьшают ско­рость фосфорилирования легких цепей миозина в гладких мышцах стенок сосудов, приводя к их расслаблению.   В большинстве тканей биохимические и физиологические эффекты цАМФ и цГМФ проти-воложны. Примерами могут служить стимуляция сокращений сердца под влиянием цАМФ и торможение их цГМФ, стимуляция сокра­щения гладких мышц кишечника цГМФ и подавление цАМФ. цГМФ играет роль в гиперполяризации рецепторов сетчатки глаза под влиянием фотонов света. Ферментативный гидролиз цГМФ осущест­вляется  с   помощью  специфической  фосфодиэстеразы.

3. Система фосфолипаза С — инозитол-три-фосфат

Гормонрецепторный комплекс с участием регуляторного G-белка ве­дет к активации мембранного фермента фосфолипазы С, вызывающей гидролиз фосфолигшдов мембраны с образованием двух вторичных посредников: инозитол-3-фосфата и диадилглицерола. Инозитол-3-фосфат вызывает выход Са++ из внутриклеточных депо, в основном из эндоплазматического ретикулума, ионизированный кальций связы­вается со специализированным белком кальмодулином, что обеспечи­вает  активацию ряда  протеинкиназ и  фосфорилирование  внутриклеточных структурных белков и ферментов (рис.3.15).

Механизм опосредования гормонального стимула системой фосфолипаза С — инозитол-3-фосфат. Пояснения в тексте.
Рис.3.15. Механизм опосредования гормонального стимула системой фосфолипаза С — инозитол-3-фосфат. Пояснения в тексте.

В свою очередь диацилглицерол способствует резкому повышению сродства протеинкиназы С к ионизированному кальцию, последний без участия кальмодулина ее активирует, что также завершается процессами фосфорилирования других белков. Диацилглицерол одновременно может реализовывать и другой путь опосредования гормонального эффекта, так как он акти­вирует фосфолипазу А-2. Под влиянием последней из мембранных фосфолипидов образуется арахидоновая кислота, являющаяся источни­ком мощных по метаболическим и физиологическим эффектам ве­ществ — простагландинов и лейкотриенов. Необходимо указать, что в разных клетках превалирует один или другой пути образования вто­ричных посредников, что в конечном счете и определяет физиологи­ческий эффект гормона. Через рассмотренные системы вторичных посредников реализуются эффекты адреналина (при связи с альфа-адренорецептором), вазопрессина (при связи с V- 1-рецептором), ангиотензина- II,  соматостатина,  окситоцина и других  гормонов.

4. Система Са — кальмодулин

Система Са — кальмодулин. Ионизированный кальций посту­пает в клетку после образования гормон-рецепторного комплекса либо из внеклеточной среды за счет активирования медленных каль­циевых каналов мембраны (как это происходит, например, в ми­окарде), либо из внутриклеточных депо, под влиянием вышеописан­ных внутриклеточных процессов. В цитоплазме немышечных клеток кальций связывается со специальным белком-кальмодулином, а в мышечных клетках роль кальмодулина выполняет тропонин С. Свя­занный с кальцием кальмодулин изменяет свою пространственную организацию и активирует многочисленные протеинкиназы, обеспе­чивающие фосфорилирование белков. Кроме того комплекс каль­ций-кальмодулин активирует фосфодиэстеразу цАМФ, что подавляет ее эффект как вторичного посредника. Кратковременное увеличение в клетке кальция и его связывание с кальмодулином является пус­ковым стимулом для многочисленных физиологических процессов — сокращения мышц, секреции гормонов и выделения медиаторов, синтеза ДНК, изменения подвижности клеток, транспорта веществ через  мембраны,  изменения  активности  ферментов.