Взаимодействие гормонов с рецепторами, сопряженными с G-белками, приводит к активации инозитолфосфатной системы трансдукции сигнала или изменению активности аденилатциклазной регуляторной системы.
2. Аденилатциклазная система включает (рис. 4.11):
- интегральные белки цитоплазматической мембраны:
• Rs - рецептор первичного мессенджера - активатора аденилатциклазной системы (АЦС);
• R; - рецептор первичного мессенджера - ингибитора АЦС;
• фермент аденилатциклазу (АЦ).
- «заякоренные» белки:
• Gs - ГТФ-связывающий белок, состоящий из α,,βγ-субъединиц, в котором (α,-субъединица связана с молекулой ГДФ;
Рис. 4.11. Функционирование аденилатциклазной системы
• G; - ГТФ-связывающий белок, состоящий из αβγ-субъединиц, в котором а;-субъединица связана с молекулой ГДФ; - цитозольный фермент протеинкиназу А (ПКА).
Последовательность событий передачи сигнала первичных мессенджеров с помощью аденилатциклазной системы
Рецептор имеет центры связывания первичного мессенджера на наружной поверхности мембраны и G-белка (α,,βγ-ГДФ) на внутренней поверхности мембраны. Взаимодействие активатора аденилатциклазной системы, например гормона с рецептором (Rs), приводит к изменению конформации рецептора. Увеличивается сродство рецептора к G..-белку. Присоединение комплекса гормон-рецептор к GS-ГДФ снижает сродство α,,-субъединицы G..-белка к ГДФ и увеличивает сродство к ГТФ. В активном центре α,,-субъединицы ГДФ замещается на ГТФ. Это вызывает изменение конформации субъединицы α,, и снижение ее сродства к субъединицам βγ. Отделившаяся субъединица α,,-ГТФ латерально перемещается в липидном слое мембраны к ферменту аденилатциклазе. Взаимодействие α,,-ГТФ с регуляторным центром аденилатциклазы изменяет конформацию фермента, приводит к его активации и увеличению скорости образования вторичного мессенджера - циклического аденозин- 3',5'-монофосфата (цАМФ) из АТФ. В клетке повышается концентрация цАМФ. Молекулы цАМФ могут обратимо соединяться с регуляторными субъединицами протеинкиназы А (ПКА), которая состоит из двух регуляторных (R) и двух каталитических (С) субъединиц - (R2С2). Комплекс R2С2 ферментативной активностью не обладает. Присоединение цАМФ к регуляторным субъединицам вызывает изменение их конформации и потерю комплементарности к С-субъединицам. Каталитические субъединицы приобретают ферментативную активность.
Активная протеинкиназа А с помощью АТФ фосфорилирует специфические белки по остаткам серина и треонина. Фосфорилирование белков и ферментов повышает или понижает их активность, поэтому изменяется скорость метаболических процессов, в которых они участвуют. Активация сигнальной молекулой рецептора R стимулирует функционирование Gj-белка, которое протекает по тем же правилам, что и для G..-белка. Но при взаимодействии субъединицы αi-ГТФ с аденилатциклазой активность фермента снижается.
Инактивация аденилатциклазы и протеинкиназы А
α,,-Субъединица в комплексе с ГТФ при взаимодействии с аденилатциклазой начинает проявлять ферментативную (ГТФ-фосфатазную) активность, она гидролизует ГТФ. Образующаяся молекула ГДФ остается в активном центре α,,-субъединицы, изменяет ее конформацию и уменьшает сродство к АЦ. Комплекс АЦ и α,,-ГДФ диссоциирует, α,,-ГДФ включается в G..-белок. Отделение α,,-ГДФ от аденилатциклазы инактивирует фермент и синтез цАМФ прекращается.
Фосфодиэстераза - «заякоренный» фермент цитоплазматической мембраны гидролизует образовавшиеся ранее молекулы цАМФ до АМФ. Снижение концентрации цАМФ в клетке вызывает расщепление комплекса цАМФ4К"2 и повышает сродство R- и С-субъединиц, образуется неактивная форма ПКА.
Фосфорилированные ферменты и белки под действием фосфопротеинфосфатазы переходят в дефосфорилированную форму, изменяется их конформация, активность и скорость процессов, в которых участвуют эти ферменты. В результате система приходит в исходное состояние и готова вновь активироваться при взаимодействии гормона с рецептором. Таким образом, обеспечивается соответствие содержания гормона в крови и интенсивности ответа клеток-мишеней.