Учебник для ВУЗОВ

БИОХИМИЯ

>>> Перейти на полный размер сайта >>>

       

Б. Рецепторы

По локализации различают мембранные, цитоплазматические и ядерные рецепторы. По другой классификации все рецепторы можно разделить на быстроотвечающие (в пределах миллисекунд) и медленноотвечающие, в пределах нескольких минут или даже часов, что характерно для гормонов, передающих сигнал на внутриклеточные рецепторы. Рецепторы первого типа — интегральные олигомерные белки, содержащие субъединицу, имеющую центр для связывания сигнальной молекулы и центральный ионный канал (рис. 5-29).

Рис. 5-29. Участие рецепторов в трансмембранной передаче сигнала. Рецепторы: 1 — связанные с ионными каналами, например рецептор ГАМК; 2 — с каталитической активностью (рецептор инсулина); 3— передающие сигнал на фосфолипазу С, например α1-адренорецептор; 4 — с каталитической активностью (гуанилатциклаза, рецептор ПНФ); 5 — передающие сигнал на аденилатциклазу, например β1-адренорецепторы; 6 — связывающие гормон в цитозоле или ядре, например рецептор кортизола

Рецепторы второго типа, локализованные в мембранах и не связанные с каналами, подразделяют на 2 большие группы: каталитические рецепторы, обладающие собственной тирозин-киназной или гуанилатциклазной активностью, и рецепторы, взаимодействующие через G-белок с мембранным ферментом. Связывание лиганда (например, гормона) с рецептором на наружной стороне клеточной мембраны приводит к изменению активности цитоплазматического фермента, который, в свою очередь, инициирует клеточный ответ, т.е. через мембрану переносится информация, а не заряды или какие-либо растворённые молекулы.

В случае цитоплазматических рецепторов через мембрану проходит гормон, а информация о присутствии гормона в клетке с помощью рецептора передаётся в ядро.

Различные клетки организма в зависимости от выполняемых ими функций имеют определённый набор рецепторов. В мембране одной клетки может быть более десятка разных типов рецепторов. Взаимодействуя с рецептором, внеклеточные химические посредники оказывают влияние на метаболизм и функциональное состояние (пролиферация, секреция и т.д.) клеток-мишеней.

1. Рецепторы адреналина — адренорецепторы

Адренорецепторы различают по распределению в организме — центральные и периферические. Центральные адренорецепторы, локализованные в различных областях мозга, участвуют в регуляции функций ЦНС, периферические — контролируют работу внутренних органов.

Все адренорецепторы классифицируют на два типа — α- и β-, но каждый тип имеет несколько подтипов, наиболее распространённые из них — α1-, α2-, β1,- и β2-рецепторы. В зависимости от своего анатомического расположения клетки одного типа, например гладкомышечные клетки сосудов или адипоциты, содержат разные типы рецепторов.

Несмотря на значительное подобие между α- и β-рецепторами и их подтипами, они кодируются разными генами. Адренорецепторы принадлежат к семейству белков, имеющих 7 трансмембранных а-спиралей (которые принято называть доменами). Длина N- и С-концов, а также длина 1—4 доменов различается у разных типов и подтипов рецепторов (рис. 5-30).

Рис. 5-30. Мембранная организация β2-адренорецептора. 1 — фрагмент рецептора, участвующий в связывании Gs-6enxa; 2, 3 — участки возможного фосфорилирования протеинкиназой А (2) и киназой β-адренорецептора (3); 4 — участок гликозилиро-вания; 5 — участок связывания адреналина

Адренорецепторы — гликопротеины, включающие в свой состав различные углеводные фрагменты. Гликозилированию подвергаются расположенные в области N-конца остатки аспарагиновой кислоты.

β-Адренорецепторы встречаются практически во всех тканях организма. Количество β-адренорецепторов, приходящееся на клетку, варьирует от 300 до 4000.

Центр связывания адреналина образован аминокислотными остатками третьего, пятого и шестого доменов. Другой функционально важный центр — область взаимодействия с G-белками, участвующими в формировании клеточного ответа. Остатки серина и треонина в области третьего внутреннего домена и С-конца адрено-рецептора могут фосфорилироваться под действием протеинкиназы А или специфической киназой β-адренорецептора. Фосфорилирование приводит к изменению конформации рецептора и снижению сродства к G-белку или препятствует связыванию с G-белком.

α-Адренорецепторы различают по локализации (например, гепатоциты имеют α1-рецепторы, адипоциты — α2-адренорецепторы) и механизму трансформации биологического сигнала. Эффекторные системы, связанные с α1- и α2-адренорецепторами, включают G-белки разного типа — Gplc-белки (G-белок стимулирующий) и G1-белки (G-белок ингибирующий) и соответственно ферменты — фосфолипазу С или аденилатциклазу.

2. Рецепторы с тирозинкиназной активностью

Тирозиновые протеинкиназы — ферменты, фосфорилирующие специфические белки по тирозину, подразделяют на 2 типа — мембранные (рецепторные) и цитоплазматические. Внутриклеточные тирозиновые протеинкиназы принимают участие в процессах передачи сигнала в ядро. Рецепторные тирозиновые протеинкиназы участвуют в трансмембранной передаче сигналов.

Примером рецепторной тирозиновой протеинкиназы может служить рецептор инсулина (рис. 5-31). Рецептор инсулина — тирозиновая протеинкиназа, фосфорилирующая белки по ОН-группам тирозина.

Рис. 5-31. Активация рецептора инсулина — тирозиновой протеинкиназы

Рецептор состоит из двух α- и двух β-субъединиц, связанных дисульфидными связями и нековалентными взаимодействиями, α- и β-Субъединицы — гликопротеины с углеводной частью на наружной стороне мембраны. Вне мембраны на её поверхности находятся α-субъединицы. Центр связывания инсулина образован N-концевыми доменами α-субъединиц. β-Субъединицы пронизывают мембранный бислой и не участвуют в связывании инсулина.

Каталитический центр тирозиновой протеинкиназы находится на внутриклеточных доменах β-субъединиц. В отсутствие гормона инсулиновые рецепторы не проявляют тирозинкиназной активности. Присоединение инсулина к центру связывания на α-субъединицах активирует фермент, причём субстратом служит сама тирозиновая протеинкиназа (β-субъединицы), т.е. происходит фосфорилирование β-субъединицы по нескольким тирозиновым остаткам. Фосфорилирование β-субъединиц происходит по механизму межмолекулярного трансфосфорилирования, т.е. одна β-цепь фосфорилирует другую β-цепь той же молекулы рецептора. Это, в свою очередь, приводит к изменению субстратной специфичности тирозиновой протеинкиназы; теперь она способна фосфорилировать другие внутриклеточные белки. Активация и изменение специфичности обусловлены конформационными изменениями рецептора инсулина после связывания гормона и аутофосфорилирования.

Ключевой белок, фосфорилируемый тирозиновой протеинкиназой, — субстрат инсулинового рецептора-1 (от англ. insulin receptor substrate, IRS-I). Фосфорилированный IRS-1 активирует ферменты, например тирозиновую фосфопротеинфосфатазу, и белки, участвующие в регуляции клеточных процессов.

Дефосфорилирование рецептора под действием тирозиновой фосфопротеинфосфатазы возвращает его в неактивное состояние. Сродство рецептора к инсулину снижается при его фос-форилировании протеинкиназой А по аминокислотным остаткам серина и треонина.

3. Рецепторы с гуанилатциклазной активностью

Гуанилатциклаза катализирует образование цГМФ из ГТФ, одного из важных посредников внутриклеточной передачи сигнала (рис. 5-32, 5-33). Гуанилатциклаза находится в клетке, как в мембранносвязанном состоянии, так и в цитозольном.

Рис. 5-32. Образование 3',5'-циклического ГМФ (цГМФ)

Рис. 5-33. Регуляция активности мембранной (1) и цитозольной (2) гуанилатциклазы

Соотношения этих двух форм фермента в различных тканях разное. Например, в клетках тонкого кишечника 90% гуанилатциклазы находится в мембранах, а в лёгких и печени — лишь 20%. Цитозольная и мембранносвязанная гуанилатциклазы различаются не только по локализации, но и по молекулярной массе, активности, способу регуляции.

Цитозольная форма гуанилатциклазы состоит из двух субъединиц (α и β) и содержит в своём составе простетическую группу — гем. В области гема связывается активатор этой формы гуанилатциклазы — оксид азота (NO), образующийся из аргинина под действием фермента синтазы оксида азота (см. раздел 9).

Мембранносвязанная гуанилатциклаза — трансмембранный гликопротеин. Внутриклеточный домен гуанилатциклазы проявляет каталитическую активность, внеклеточный домен служит рецептором. Присоединение активатора к рецептору вызывает изменение конформации в мембранном и цитозольном доменах и, как следствие, активацию гуанилатциклазы. В тканях человека присутствуют 3 типа мембранносвязанных гуани-латциклаз, в активации которых принимают участие специфические регуляторы — предсердный натрийуретический фактор (ПНФ), натрийурети-ческий пептид из мозга и кишечный пептид гуанилин.

В клетках тканей выявлены 3 основных типа внутриклеточных рецепторных белков, с которыми взаимодействует цГМФ: цГМФ-зависимая протеинкиназа (протеинкиназа G), цГМФ-регулируемые ионные каналы и цГМФ-регулируемая фосфодиэстераза, специфичная к цАМФ (катализирует превращение цАМФ в АМФ).

цГМФ играет важную роль в регуляции Са2+-гомеостаза в различных типах клеток. Повышение концентрации цГМФ приводит к понижению концентрации Са2+ как в результате активации Са2+-АТФ-аз, так и за счёт подавления рецепторзависимого поступления этого иона в цитоплазму клетки. Эти эффекты опосредованы действием протеинкиназы G на мембранные белки, участвующие в обмене Са2+.

 

 

Top.Mail.Ru
Top.Mail.Ru