Учебник для ВУЗОВ

БИОХИМИЯ

Е. Протеинкиназы

Все полярные сигнальные молекулы, действующие на клетку-мишень через мембранные рецепторы, осуществляют свою биологическую функцию путём фосфорилирования специфических белков и ферментов, регулирующих метаболизм в клетке. Фосфорилирование изменяет (увеличивает или уменьшает) их активность. Катализируют фосфорилирование белков (протеинов) протеинкиназы по аминокислотным остаткам серина, треонина, тирозина. Протеинкиназы могут быть субъединицей мембранного рецептора, например тирозиновая протеинкиназа рецептора инсулина, активность которой регулируется гормоном. Другая группа — протеинкиназы, регулируемые вторичными вестниками гормонального сигнала (цАМФ, цГМФ, Са²⁺, ДАТ), например протеинкиназа А, протеинкиназа С, протеинкиназа G, кальмодулинзависимые протеинкиназы и др.

1. Протеинкиназы А

Протеинкиназы А (цАМФ-стимулируемые) участвуют в аденилатциклазной системе передачи сигнала. Протеинкиназа А состоит из 4 субъединиц R₂C₂ — двух регуляторных субъединиц (R₂) и двух каталитических (С₂) (см. рис. 5-41). Комплекс R₂C₂ не обладает ферментативной активностью.

Рис. 5-41. Аденилатциклазная система

Комплекс R₂C₂ разными способами прикрепляется к мембране. Некоторые формы протеинкиназы А «заякориваются» с помощью алифатического остатка миристиновой кислоты каталитических субъединиц. Во многих тканях протеинкиназа А связана с «заякоренным» белком AKAP_s (от англ. cAMP-dependent protein kinase anchoring proteins). AKAP_s имеет центр связывания для регуляторных субъединиц протеинкиназы А. С помощью белка АКАР протеинкиназа А связывается с мембраной в области локализации ферментов, катализирующих образование цАМФ (аденилатциклаза) или его гидролиз (фосфодиэстераза), а также белков, в регуляции активности которых фермент принимает участие, например потенциалзависимые Са²⁺-каналы.

Регуляторные субъединицы протеинкиназы А имеют специфические центры для связывания цАМФ. Присоединение цАМФ к регуляторным субъединицам приводит к изменению конформации последних и снижению сродства к каталитическим субъединицам С, происходит диссоциация по схеме:

цАМФ₄ + R₂C₂ -> цАМФ₄R₂ + С + С

Субъединицы С представляют собой активную форму протеинкиназы А, которая катализирует реакции фосфорилирования белков по серину и треонину. Каталитические субъединицы С у разных типов протеинкиназ А не идентичны, они различаются прежде всего специфичностью в отношении белков-субстратов.

2. Протеинкиназы С

Протеинкиназы С участвуют в инозитол фосфатной системе передачи сигнала. Фермент состоит из двух функционально различных доменов — регуляторного и каталитического. Регуляторный домен содержит 2 структуры («цинковые пальцы»), образованные фрагментами пептидной цепи, богатыми цистеином, и содержащими 2 иона цинка (см. раздел 1). «Цинковые пальцы» участвуют в связывании ди-ацилглицерола. Другой фрагмент регуляторного домена имеет высокое сродство к Са²⁺. Повышение концентрации кальция в цитозоле увеличивает сродство протеинкиназы С к фос-фатидилсерину мембраны. Транслокация протеинкиназы С к мембране позволяет ферменту связаться с ДАГ, который ещё больше повышает сродство протеинкиназы С к ионам кальция (рис. 5-38). Наиболее распространённые изоформы протеинкиназы С активируются Са²⁺, диацилглицеролом и фосфатидилсерином.

Рис. 5-38. Регуляция активности протеинкиназы С (ПКС). ФС — фосфатидилсерин; ДАГ — диацилглицерол

Каталитический домен имеет центр, связывающий АТФ и белок-субстрат. Активная форма фермента протеинкиназы С фосфорилирует белки по остаткам сержа и треонина. Снижение концентрации ионов кальция в клетке нарушает связь протеинкиназы С с фосфатидилсерином и диацилглицеролом, фермент переходит в неактивную форму и отделяется от мембраны.

3. Протеинкиназы G

В отличие от протеинкиназы А, протеинкиназа G присутствует не во всех тканях, её обнаруживают в лёгких, мозжечке, гладких мышцах и тромбоцитах. Изоформы протеинкиназы G могут быть связаны с мембраной или находиться в цитоплазме. Растворимая протеинкиназа G состоит из двух идентичных субъединиц, каждая из которых имеет два центра для связывания цГМФ. Присоединение цГМФ к регуляторным центрам вызывает конформационные изменения субъединиц и повышает каталитическую активность фермента (рис. 5-39). Протеинкиназа G, подобно протеинкиназе А и С, специфична в отношении определённых белковых субстратов, которые она фосфорилирует по остаткам серина и треонина.

Рис. 5-39. Регуляция активности протеинкиназы G (ПКС)