Биология клетки/Часть 1. Клетка как она есть/12/4

← Предыдущая глава	Глава 12.4
Основные системы внутриклеточной передачи сигнала от метаботропных рецепторов: вторичные посредники

Аденилатциклазная система. Центральной частью аденилатциклазной системы является фермент аденилатциклаза, который катализирует превращение АТФ в цАМФ(циклического аденозинмонофосфата). Этот фермент может либо стимулироваться Gs-белком (от английского stimulating), либо подавляться Gi-белком (от английского inhibiting). цАМФ после этого связывается с цФМФ-зависимой протеинкиназой, называемой также протеинкиназа А, PKA. Это приводит к ее активации и последующему фосфорилированию белков-эффекторов, выполняющих какую-то физиологическую роль в клетке.
Фосфолипазно-кальциевая система. Gq-белки активируют фермент фосфолипазу С , которая расщепляет PIP2 (мембранный фосфоинозитол) на две молекулы: инозитол-3-фосфат (IP3) и диацилглицерол. Каждая из этих молекул является вторичным посредником. IP3 далее связывается со своими рецепторами (кальциевыми каналами) на мембране эндоплазматического ретикулума, что приводит к высвобождению ионов кальция в цитоплазму и запуску многих клеточных реакций.
Гуанилатциклазная система. Центральной молекулой данной системы является гуанилатциклаза, которая катализирует превращение ГТФ в цГМФ. цГМФ модулирует активность ряда ферментов и ионных каналов. Существует несколько изоформ гуанилатциклазы. Одна из них активируется оксидом азота NO, другая непосредственно связана с рецептором предсердного натрийуретического фактора.

Мембранные рецепторы, сопряженные с G-белками

Бета-2 адренорецептор и распад гликогена: пример передачи сигнала

При стрессе из мозгового слоя надпочечников в кровь выделяется гормон адреналин. Наряду с прочими изменениями в организме он вызывает распад гликогена и выброс глюкозы в кровь, действуя на клетки печени. Как же происходит передача сигнала в клетках печени?
На наружной мембране клеток печени находится β₂-адренорецептор, который активируется при взаимодействии с адреналином. Этот рецептор относится к большой группе рецепторов, сопряженных с G- белками — G-protein coupled receptors. К внутренней стороне наружной мембраны клеток печени прикреплены G_s-белки, состоящий из 3 субъединиц: α, β и γ. Взаимодействуя с β₂-рецептором, G-белок распадается на α-субъединицу и β-γ субъединицу. α-субъединица обменивает прикрепленную к ней ГДФ на ГТФ, вследствие чего она активируется и взаимодействует с мембранным ферментом аденилатциклазой. Аденилатциклаза в свою очередь активируется и катализирует образование цАМФ (циклического аденозинмонофосфата) из АТФ. цАМФ служит для передачи сигнала во многих внутриклеточных процессах; это один из универсальных вторичных мессенджеров (посредников).

цАМФ диффундирует в цитоплазме и активирует протеинкиназу А. При присоединении 4-х молекул цАМФ протеинкиназа А распадается на 4 субъединицы: 2 активные и 2 неактивные. цАМФ присоединяется к регуляторным субъединицам (по 2 молекулы цАМФ к каждой субъединице). Активные каталитические субъединицы, расщепляя АТФ на АДФ и фосфат(PO₄^3-), фосфорилируют киназу фосфорилазы (то есть присоединяют к ней фосфат). Киназа фосфорилазы в свою очередь активируется и фосфорилирует фосфорилазу. Фосфорилаза осуществляет фосфоролиз гликогена, вследствие чего он расщепляется до глюкозо-6-фосфата.
Затем глюкозо-6-фосфат преобразуется в глюкозу, которая выходит из клеток печени в кровь.

Чтобы остановить распад гликогена, необходимо вывести из организма адреналин (например, с помощью выделительной системы). Из-за инактивации β₂-рецептора он перестает взаимодействовать с G-белком. α-субъединица G-белка расщепляет прикрепленную к ней ГТФ на ГДФ и фосфат, вследствие чего субъединицы G-белка объединяются и инактивируются. Аденилатциклаза так же инактивируется, так как она перестает взаимодействовать с G-белком, следовательно, останавливается образование цАМФ. Оставшийся в клетке цАМФ расщепляется ферментом фосфодиэстеразой, протеинкиназа А собирается и инактивируется. Фосфатные группы отсоединяются от киназы фосфорилазы и фосфорилазы ферментами фосфатазами.

Воздействие адреналина на β₂-рецептор дает начало реакции, проходящей с каскадным эффектом, то есть усиливающейся на каждом этапе. Небольшое количество гормона (в данном случае адреналина) вызывает существенные изменения в клетке, так как сигнал доходит до своей конечной цели уже многократно усиленным (возможно, более чем в несколько десятков тысяч раз).

G-белок при взаимодействии с β₂ адренорецептором (англ.) Образование цАМФ и его действие на протеинкиназу А (англ.)

Другие пути передачи сигнала от рецепторов, связанных с G-белками

[1] Анимация «Влияние адреналина на активность генов в клетках печени» (англ. текст)

К рецепторам, сопряженным с G-белками, относятся все адренорецепоры и многие другие типы рецепторов - например, мускариновые холинорецепторы. При этом с разными рецепторами взаимодействуют разные типы G-белков - иногда с прямо противоположным действием на следующие звенья цепи передачи сигнала. Выделяют четыре основных группы G-белков: G_s, G_i, G_q, and G_12/13.

Рецепторы с протеинкиназной актиностью

Цитоплазматические (ядерные) рецепторы