Учебное пособие Красноярск сфу 2019 (07) ббк
жүктеу/скачать 7,51 Mb. Pdf көрінісі
|
| 4.2. Аденилатциклаза и цАМФ
4.2.1. Строение аденилатциклазы. Активаторы и ингибиторы Аденилатциклаза (АЦ) — это циклизирующая АТФ пиро- фосфатлиаза. Данный фермент катализирует образование цАМФ из ATФ в присутствии ионов Mg 2+ . В результате отщепляется пи- рофосфатная группа, а между α-фосфатом и гидроксилом 3-го атома углерода остатка рибозы образуется эфирная связь (рис. 15). У животных аденилатциклазы присутствуют в разных типах клеток, где они локализуются преимущественно в плазматиче- ской мембране. Активность таких АЦ регулируется гормонами, главным образом через G-белки. К растворимым формам фер- мента относятся АЦ бактерий, которые участвуют в регуляции активности катаболических генов. Аденилатциклазы млекопитающих представляют собой сложные интегральные белки гликопротеины с молекулярной массой 110–180 кДа (1064–1248 аминокислотных остатков). Поли- пептидная цепь всех мембранных АЦ 12 раз пересекает мембра- ну, формируя два домена — М1 и М2. Каждый домен представля- ет собой шесть α-спиралей, пересекающих мембрану. На внешней стороне плазмалеммы находятся только небольшие междомен- ные полипептидные участки, которые частично гликозилирова- ны олигосахаридными группами. С цитоплазматической сторо- ны находятся короткий N-конец и значительно больший С-конец молекулы, а также большой фрагмент, расположенный между двумя 6-доменными трансмембранными структурами. Средний цитоплазматический фрагмент и С-терминальный участок поли- пептидной цепи АЦ формируют активный центр фермента: С1α Рис. 15. Образование цАМФ из АТФ в результате действия аденилатциклазы 42 и С2α — каталитические части, которые образуют участки связы- вания ATФ и α-субъединицы G-белка (рис. 16). В молекуле фермента имеется несколько аллостерических центров, через которые осуществляется регуляция активности низкомолекулярными соединениями: ионами Mg 2+ , Mn 2+ и Са 2+ , аденозином и форсколином. Форсколин — мощный активатор аденилатциклазы. Это циклическое соединение, которое выде- лено из многолетнего травянистого растения семейства мятных Coleus forskohlii, произрастающего в Индии. Используется в меди- цинских целях и спорте для получения многообразных физиоло- гических эффектов. Форсколин непосредственно взаимодейству- ет с каталитической субъединицей аденилатциклазы и предполо- жительно связывается с участком, где присоединяется АТФ. Модуляция активности АЦ млекопитающих осуществляется двумя типами G-белков: Gs и Gi. Эти белки различаются только α-субъединицами, способными ассоциировать с βγ-димером од- ного типа. Gs и Gi активируются разными сигналами и оказыва- ют на АЦ противоположное воздействие (рис. 17). Сигналы, которые активируют АЦ, — это адренокорти- котропный гормон (АКТГ), антидиуретический гормон (АДГ), кальцитонин, кортиколиберин, фолликулостимулирующий гор- мон (ФСГ), глюкагон, адреналин (β-адренергические рецепторы) и др. Они работают с Gs-белками. Сигналы, которые тормозят АЦ, — ацетилхолин, адреналин (α2-адренергические рецепторы), ангиотензин II, соматостатин и др. Эти сигналы работают с Gi-бел- ками. В обоих случаях G-белки диссоциируют, а высвобожден- ные α-субъединицы взаимодействуют с аденилатциклазой. Рис. 16. Строение аденилатциклазы 43 Некоторые изоформы аденилатциклазы активируются другими α-субъеденицами G-белка, а не Gs-субчастицей. Механизм классической активации аденилатциклазы G-белком: 1) связывание гормона с рецептором приводит к изменению структуры G-белка: α-субъединица теряет сродство к ГДФ и при- обретает сродство к ГТФ; 2) после связывания с ГТФ α-субъединица освобождается от комплекса с βγ-димером; 3) α-субъединица диффундирует по внутренней поверхности цитоплазматической мембраны к интегральному ферменту — аденилатциклазе; 4) α-субъединица взаимодействует с АЦ, что приводит к ак- тивации или ингибированию последней (в зависимости от типа α-субъединицы); 5) α-субъединица обладает ГТФазной активностью, и ГТФ расщепляется до ГДФ и пирофосфата; 6) α-субъединица возвращается в исходное состояние, то есть отсоединяется от АЦ, диффундирует к βγ-димеру и соединяется с ним. В настоящее время у млекопитающих идентифицировано девять изоформ АЦ. Регуляция их активности осуществляется α-субъединицами, βγ-димерами, ионами Ca 2+ , кальмодулином, для взаимодействия которых характерна высокая степень синер- гичности. Кроме того, βγ-димеры способны связывать α-субъеди- ницы G-белков другого типа, предотвращая их влияние на АЦ. В некоторых случаях аденилатциклаза может получать и инте- грировать сигналы от двух различных рецепторов через G-белки Рис. 17. Активация и ингибирование аденилатциклазы 44 или другие внутриклеточные сигнальные молекулы. При этом за- метная активация (или репрессия) происходит в случае, если два рецептора различного класса активированы одновременно. На- пример, в адипоцитах аденилатциклазу активируют, по крайней мере, четыре разных гормона (адреналин, АКТГ, глюкагон, тире- отропин) и все они вызывают расщепление триацилглицеролов до жирных кислот. Похоже, что различные рецепторы для этих гормонов активируют общий пул молекул аденилатциклазы. Значительное влияние на активность аденилатциклазы ока- зывает ковалентная модификация путем фосфорилирования специфическими киназами. Фосфорилирование изменяет со- стояние АЦ таким образом, что она становится в бóльшей (или меньшей) степени восприимчива к активации различными сти- мулами. Например, фосфорилирование II, IV и VII изоформ аде- нилатциклазы протеинкиназой С (ПКС) приводит к длительно- му сохранению состояния готовности фермента к стимуляции α-субъединицей, а фосфорилирование V и VI изоформ протеин- киназой А (ПКА) ингибирует фермент (Зинченко и соавт., 2003). Уровень цАМФ в клетках очень низок (<10 –7 М), но может бы- стро (за секунды) увеличиться в несколько раз при активации аде- нилатциклазы. Основными молекулярными мишенями цАМФ являются различные протеинкиназы, фосфорилирующие белки, многие из которых в свою очередь также ферменты- киназы. Сле- довательно, цАМФ может запускать каскады киназных реакций, что приводит к различным биохимическим эффектам. жүктеу/скачать 7,51 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|