Л. Х. Гордон доктор биологических наук, профессор

Рис. 41. Конвергенция сигнальных систем [Cohen, 2000]
ПКА и ПКВ - протеинкиназы А и В; ФРТ - фактор регуляции 
транскрипции. Остальные обозначения - см. рис. 40
полиеновые жирные кислоты, их гидроперокси-, гидрокси-, 
эпокси-, кето-, циклические и другие производные, в 
НАДФН-оксидазной - активные формы кислорода (напри-
мер, супероксидный анионрадикал и перекись водорода) и 
салицилат, в NO-синтазной - окись азота, цГМФ, цАДФ-ри-
боза и салицилат. Если активация (или инактивация) фер-
ментов сигнальных систем или белков ионных каналов осу-
ществляется с помощью фосфорилирования или дефосфо-
рилирования, то в качестве сигнальных интермедиатов мо-
гут выступать, соответственно, протеинкиназы или проте-
инфосфатазы.
К числу сигнальных интермедиатов кальциевой сиг-
нальной системы растений относятся различные изофор-
мы кальмодулина, причем одни из них активируют, а дру-
гие при той же концентрации инактивируют определен-
ную Са
2+
-
кальмодулинзависимую (например, NO-синтаз-
ную) реакцию. В зависимости от концентрации той или 
иной изоформы могут активироваться или ингибировать-
ся ферменты различных сигнальных систем. Неодинако-
вая интенсивность экспрессии изоформ кальмодулина в 
зависимости от условий (при действии различных типов 
элиситоров) может определять преимущественное вклю-
чение той или иной сигнальной системы [Cho et al., 1998]. 
Кальмодулин может оказывать неодинаковое влияние не 
только на различные сигнальные системы, но и на звенья 
одной и той же системы. Например, Са
2+
-
кальмодулин мо-
жет стимулировать не только приходную часть баланса 
цАМФ, но и расходную, активируя фосфодиэстеразу 
цАМФ [Brown, Newton, 1981]. Разница в степени актива-
ции аденилатциклазы и фосфодиэстеразы (а значит, и со-
держание цАМФ) зависит от концентрации комплекса 
Са
2+
—
кальмодулин. Та же закономерность прослеживается 
и при анализе влияния ионов кальция и кальмодулина на 
активность протеинфосфатаз и в связи с этим на степень 
фосфорилированности различных белков, в том числе 
участников сигнальных систем.
На рис. 42 показаны не только основные участники сиг-
нальных цепей, но и места активации или ингибирования их 
основных ферментов. Как и в случае обычных метаболиче-
ских цепей, главным объектом регуляции в сигнальных си-
стемах является фермент первой реакции.

В аденилатциклазной сигнальной системе таким фер-
ментом является аденилатциклаза (рис. 43). Она активиру-
ется относительно низкими концентрациями ионов каль-
ция [Brown, Newton, 1981] и Са
2+
-
кальмодулином, оксиге-
нированными производными полиеновых жирных кислот 
[Маеда, Акаике, 1988], но ингибируется относительно вы-
сокими концентрациями Са
2+
[De Bernardi, Brooker, 1996]. 
Комплекс Са
2+
-
кальмодулин может стимулировать не 
только приходную часть баланса цАМФ, но и расходную, 
активируя фосфодиэстеразу цАМФ [Brown, Newton, 1981]. 
Разница в степени активации аденилатциклазы и фосфо-
диэстеразы (а значит, и содержание цАМФ) зависит от 
концентрации комплекса Са
2+
-
кальмодулин. Приводятся 
также данные об активации фосфодиэстеразы цАМФ с 
помощью фосфатидной кислоты [Munnik et al., 1998; 
Munnik, 2001].
Как уже отмечалось, интермедиаты липоксигеназной 
сигнальной системы ГДК и МеЖК активировали в присут-
ствии цАМФ протеинкиназную активность на 33-48% [Ка-
римова и др., 19996]. Салициловая кислота индуцировала 
повышение уровня цАМФ-зависимой фосфорилирован-
ности полипептидов 74, 61, 22 кДа в листьях гороха [Муха-
метчина, 2000]. цАМФ-стимулируемая протеинкиназная ак-
тивность растворимых белков листьев гороха зависела от 
концентрации Са
2+
[Каримова и др., 1989; Каримова, Жуков, 
1991]. Есть данные об ингибировании моноокисью азота 
аденилатциклазы в клетках животных [Watson et al., 
2001].
Функционирование МАР-киназной системы также мо-
жет регулироваться интермедиатами других сигнальных пу-
Рис. 42. Совокупность сигнальных систем клеток растений
ДАГ - диацилглицерол; ЖК - жасмоновая кислота; ИФ
3
- 
инози-
толтрисфосфат; ККМАРК - киназа киназы МАР-киназы; КМАРК — 
киназа МАР-киназы; ЛОГ - липоксигеназа; ЛФС — лизофосфатиды; 
МАРК — митагенактивируемая протеинкиназа; ПЖК — полиеновые 
жирные килоты; ПК - протеинкиназы; СК - салициловая кислота; 
СОД - супероксиддисмутаза; ФДК - фитодиеновая кислота; ФК - фос-
фатидная кислота; ФЛД - фосфолипаза Д; ФРТ - факторы регуляции 
транскрипции; цАДФР - циклическая АДФ-рибоза; цАМФ - цикличе-
ский аденозинмонофосфат; цГМФ — циклический гуанозинмоно-
фосфат

Рис. 43. Регуляция функционирования аденилатциклазной сиг-
нальной системы интермедиатами других сигнальных систем
АЦ - аденилатциклаза; КМ - кальмодулин; ПКА - протеинкиназа 
А; ПЛ - плазмалемма; ФДЭ - фосфодиэстераза. > - высокие концен-
трации; < - низкие концентрации. Здесь и на последующих рисунках: 
(+) - 
активация; (-) - ингибирование. Остальные обозначения - см. 
рис. 42
Рис. 44. Регуляция функционирования МАР-киназной сигнальной 
системы интермедиатами других сигнальных систем
ЛК - линоленовая кислота; ПКА - протеинкиназа А; ПЛ - плазма-
лемма; ПФ2С - протеинфосфатаза 2С. Остальные обозначения - см. 
рис. 
42

тей (рис. 44). Обнаружено, что цАМФ или цАМФ-зависи-
мая ПКА ингибирует активацию элиситорами киназы ки-
назы МАР-киназы [Hunter, 1995]. Приводятся данные об ак-
тивации фосфатидной кислотой МАР-киназы WIPK 
[Munnik, 
2001], индуцируемой механическим повреждением 
клеток. Обнаружено инактивирующее действие линолено-
вой кислоты на протеинфосфатазу 2С [Baudouin et al., 1999], 
регулирующую интенсивность функционирования МАРК 
системы. В результате МАР-киназная сигнальная система 
активируется.
В фосфатидатной системе активирует фосфолипазу Д 
(рис. 45) повышение концентрации ионов Са 
+
[Munnik et al., 
1995], возможно, вследствие вызванного этим передвиже-
нием фосфолипазы Д из цитозоля к мембранам [Ryu, Wang, 
1996]. 
Повышают активность части фосфолипаз Д проте-
инкиназа С, полифосфоинозитолы, снижают активность 
лизофосфатиды [Munnik, 2001].
В кальциевой сигнальной системе (так же как и в дру-
гих) характер активации стартового фермента зависит от 
концентраций интермедиатов других сигнальных систем. 
Например, цАМФ или цАМФ-зависимая ПКА активирует 
[Kurosaki, Nishi, 1993; Volotovsky et al., 
1998] или инактиви-
рует [Авдонин, Ткачук, 1994; Tertyshnikova, Fein,1998] фос-
фолипазу С (рис. 46). Установлено, что фосфатидная кислота 
[Ryu, Wang, 
1998] и полиеновые жирные кислоты 
[Volotovsky et al., 
1998] активируют фосфолипазу С, а пос-
ледние - и кальцийрегулируемые протеинкиназы [Маеда, 
Акаике, 1988]. Более сложная смесь липидов также активи-
ровала кальцийзависимую протеинкиназу [Roberts, 1992]. 
Перекись водорода активировала [Stennis et al., 1998; 
Tertyshnikova, Fein, 
1998], а цГМФ ингибировала [Ванин, 
1998] фосфолипазу С. Как полиеновые жирные кислоты, 
так и их гидропероксиформы ингибировали кальциевые ка-
налы [Ninnemann, Maier, 1996].
Для липоксигеназной системы характерен один из наи-
более сложных механизмов регуляции (рис. 47). На фосфо-
липазу А
2
могут действовать МАР-киназы, так как они спо-
собны вызывать фосфорилирование и вследствие этого ак-
тивацию этого ключевого фермента [Hunter, 1995]. Повы-
шение концентраций фосфатидной кислоты [Ryu,Wang, 
1998], а также ионов Са
2+
[Scherer, 1996a,b] 
активировало
Рис. 45. Регуляция функционирования фосфатидатной сигналь-
ной системы интермедиатами других сигнальных систем
ЛФ - лизофосфатиды; МФЛ - мембранные фосфолипиды; ПКС -
протеинкиназа С; ПЛ - плазмалемма. Остальные обозначения - см. 
рис. 42 

Рис. 46. Регуляция функционирования кальциевой сигнальной 
системы интермедиатами других сигнальных систем
ИФ
4
- 
инозитолтетракисфосфат; КЗПК - кальцийзависимая проте-
инкиназа; МФЛ - мембранные фосфолипиды; ПКА - протеинкиназа А; 
ПКС - протеинкиназы С; ПЛ - плазмалемма; ФЛС - фосфолипаза С. 
Остальные обозначения - см. рис. 42 
Рис. 47. Регуляция функционирования липоксигеназной сигналь-
ной системы интермедиатами других сигнальных систем
ГПО-ПЖК - гидропероксипроизводные полиеновых жирных кис-
лот; ЖК - жасмоновая кислота; ЛФС - лизофосфатиды; МФЛ - мемб-
ранные фосфолипиды; окси-эпокси-ПЖК - гидропероксиформы поли-
еновых жирных кислот; ПЛ - плазмалемма; ФЛА
2
- 
фосфолипаза А
2
; 
С
6
, С
9
, С
12
- 
шести-, девяти- и двенадцатиуглеродные продукты лиазных 
реакций. Остальные обозначения - см. рис. 42 

фосфолипазу А
2
и липоксигеназу [Macri et al., 1994]. Необ 
ходимо отметить, что липоксигеназы являются одними из 
наиболее регулируемых ферментов всех сигнальных сис 
тем, причем ее изоформы различным образом отвечают на 
одни и те же воздействия. Перекись водорода активирует 
фосфолипазу А
2
[Stennis et al., 
1998] и липоксигеназу [Doares 
et al., 1995b], 
цГМФ ингибирует фосфолипазу А, [Ванин, 
1998]. 
'
В НАДФН-оксидазной системе (рис. 48) активность од-
ноименного фермента может регулироваться вторичными 
посредниками других сигнальных систем. В животных клет-
ках фосфатидная кислота активирует супероксидсинтазную 
систему, но в растительных этот эффект не был обнаружен 
[Schroeder et al., 
1997], хотя и предполагается [Wang, 1999], 
что не исключена возможность функционирования специ-
фической фосфатидатзависимой протеинкиназы, осуществ-
ляющей фосфорилирование белка 47 кДа, принимающего 
участие в конструировании активной формы НАДФН-ок-
сидазы.
Фосфолипаза С и Са
2+
активировали НАДФН-оксидазу 
[Harding, Roberts, 1998; Legendre et al., 1993; Xing et al., 1997; 
Keller et al., 
1998], что свидетельствует о влиянии кальцие-
вой системы. Кальмодулинзависимая НАД-киназа стимули-
ровала превращение цитозольного НАД в НАДФ, обеспе-
чивая достаточную интенсивность функционирования 
НАДФН-оксидазной системы. Полиеновые жирные кисло-
ты и лизофосфатиды активировали НАДФН-оксидазу 
[Brightman et al., 
1990], а цГМФ ингибировал ее [Ванин, 
1998]. Возрастание концентрации оксида азота может при-
вести к повышению интенсивности его связывания с супер-
оксидным радикалом с образованием пероксинитрита [Волин 
и др., 1998]. В результате этого снижаются концентрация 
О
2
и скорость образования из него перекиси водорода в ходе 
реакции, катализируемой супероксиддисмутазой. В то же 
время N0 ингибирует каталазу [Волин и др., 1998], что 
должно привести к повышению содержания перекиси водо-
рода. По всей вероятности, итог этого противоположного 
влияния на содержание Н
2
О
2
зависит от концентрации 
оксида азота.
В настоящее время интенсивно исследуется 
регуляция ферментов NO-синтазной системы (рис. 49). Са
2+
активиро-
Рис. 48. Регуляция функционирования НАФН-оксидазной сиг-
нальной системы интермедиатами других сигнальных систем
Кат - каталаза; ЛФС - лизофосфатиды; НАДФН-О - оксидаза 
НАДФН; ПЛ - плазмалемма; ФЛС - фосфолипаза С. Остальные обо-
значения - см. рис. 42

Рис. 49. Регуляция функционирования NO-синтазной сигнальной 
системы интермедиатами других сигнальных систем 
ГЦ - гуанилатциклаза; КМ - кальмодулин; ПЛ - плазмалемма; NO-S - NO-
синтаза. Остальные обозначения - см. рис. 42 
вал NO-синтазу [Малышев, Манухина, 1998; Cho et al., 1998], 
так же как полиеновые жирные кислоты и их гидроперок-
сиформы [Ванин, 1998]. Перекись водорода активировала 
гуанилатциклазу [Волин и др., 1998]. 
Несмотря на то что вопрос о существовании самостоятельной 
протонной 
сигнальной 
системы 
может 
считаться 
дискуссионным, необходимо рассмотреть возможности ее 
регуляции интермедиатами других систем. Эти возможности 
сводятся к изменению активности ионных каналов и 
мембранных АТФаз (в том числе протонных помп), что было 
проанализировано в предыдущем разделе. 

жүктеу/скачать 3,42 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: