G-білки і їх функція

β і γ субодиниці: загальна характеристика

G-білки: βγ-субодиниці

ГТФ-зв'язуючі білки утворюють два основних сімейства G-білків і низькомолекулярних ГТФ-зв'язуючих білків

Література

Введення

-белки являются универсальными посредниками при передаче гормональных сигналов от рецепторов клеточной мембраны к эффекторным белкам, вызывающим конечный клеточный ответ. Сигнальні G-білки є універсальними посередниками при передачі гормональних сигналів від рецепторів клітинної мембрани до ефекторним білкам, що викликає кінцевий клітинну відповідь. Коли семідоменная рецепторна молекула, локалізована в мембрані сенсорної клітини, активується якимись змінами у зовнішньому середовищі, вона зазнає конформаційні зміни. Останні детектируются

-белками связанными с мембраной, которые, в свою очередь, активируют эффекторные молекулы в мембране. G-білками пов'язаними з мембраною, які, у свою чергу, активують ефекторні молекули в мембрані. Часто це призводить до виділення вторинних месенджерів у цитозоль.

-белки, участвующие в передаче сигнала, являются членами большого надсемейства гуанин-связывающих белков. G –белки - это прецизионные регуляторы, включающие или выключающие активность других молекул. Вони є об'єктом інтенсивного вивчення у зв'язку з їх участю в багатьох важливих фізіологічних процесах. G-білки, що беруть участь в передачі сигналу, є членами великого надродини гуанін-зв'язуючих білків. G-білки - це прецизійні регулятори, які включають або вимикають активність інших молекул.

-белки. Приблизно 80% первинних месенджерів (гормони, нейротрансмітери, нейромодулятора) взаємодіють зі специфічними рецепторами, які пов'язані з ефекторами через G-білки.

-белки - белки, связывающие гуанозиновые нуклеотиды. G -белки, ассоциированные с рецепторами, связаны с мембраной. G-білки - білки, що зв'язують гуанозіновие нуклеотиди. G-білки, асоційовані з рецепторами, пов'язані з мембраною. Р. У неактивному стані вони пов'язані з GD Р. При зв'язуванні рецептора з лігандом ГДФ заміщується на ГТФ, в результаті чого відбувається активація. Процес цей порівняно повільний, що протікає протягом секунд - десятків секунд.

-белки биологических мембран имеют гетеротримерную структуру. G-білки біологічних мембран мають гетеротрімерную структуру. Вони складаються з великої α-субодиниць (близько 45 кілодальтон - кДа), а також менших β і γ-субодиниць, α-субодиниця має ГТФ-азной активністю, в неактивній (виключеною) формі вона пов'язує молекулу ГДФ на активному сайті. Субодиниці β і γ пов'язані між собою, і в фізіологічних умовах не можуть бути дисоційований. У неактивному стані βγ-комплекс неміцно пов'язаний з α-субодиницею. Γ-субодиниця пов'язана з цитоплазматическим листком біологічної мембрани геранил-гераніловой ланцюгом (20 атомів вуглецю у ланцюзі), близькою за структурою до холестерину. Α-субодиниця також пов'язана з мембраною жирною кислотою з довжиною ланцюга в 14 атомів вуглецю (мірістоевая кислота). -белка удерживается в плоскости мембраны, но в то же время способен легко двигаться в этой плоскости. Такі зв'язки забезпечують те, що комплекс G-білка утримується в площині мембрани, але в той же час здатний легко рухатися в цій площині. -белка с присоединенным ГДФ перемещается в плоскости мембраны под действием тепловых сил, два семейства белков - гетеротримерные гуанозиннуклеотид связывающие белки ( G -белки) и отдаленно родственные им гуанозинтрифосфатазы (ГТФ-азы) при связывании ГТФ могут включаться и активировать последующие компоненты передачи сигнала от поверхности клетки. Легко собі уявити, як весь комплекс G-білка з приєднаним ГДФ переміщається в площині мембрани під дією теплових сил, два сімейства білків - гетеротрімерние гуанозіннуклеотід зв'язуючі білки (G-білки) і віддалено споріднені з ними гуанозінтріфосфатази (ГТФ-ази) при зв'язуванні ГТФ можуть включатися і активувати наступні компоненти передачі сигналу від поверхні клітини. -белки обычно регулируют более специализированные сигналы - продукцию вторичных мессенджеров. Малі ГТФ-ази беруть участь у контролі фундаментальних властивостей клітини - полярності форми і процесів розподілу і диференціювання. G-білки зазвичай регулюють більш спеціалізовані сигнали - продукцію вторинних месенджерів. Р и таким образом выключать сигнал. І ті й інші здатні гідролізувати GT Р і таким чином вимикати сигнал.

-белков чрезвычайно консервативны, G -белки принято различать по их α- субъединицам. Оскільки β - і γ-субодиниці G-білків надзвичайно консервативні, G-білки прийнято розрізняти за їх α-субодиниць. альфа содержит как минимум один центр связывания дивалентных катионов, а также сайты ковалентной модификации бактериальными токсинами, катализирующими NAD -зависимые АДФ-рибозилтрансферазные реакции. G -белки, стимулирующие аденилатциклазу ( Gs ) или участвующие в фототрансдукции ( Gt , трансдуцин) служат субстратами для АДФ-рибозилирования, катализируемого холерным токсином по одному из остатков аргинина, что приводит к блокированию деактивации этих белков. Gs , G -белок, ингибирующий аденилатциклазу, ( Gi ) и G -белок с пока еще неизвестной функцией ( Go ) АДФ-рибозилируются коклюшным токсином по остатку цистеина, расположенному у С-конца. Крім ГТФ-зв'язуючого мотиву, кожна послідовність G альфа містить як мінімум один центр зв'язування дивалентні катіонів, а також сайти ковалентного модифікації бактеріальними токсинами, що каталізує NAD-залежні АДФ-рібозілтрансферазние реакції. G-білки, що стимулюють аденілатциклазу (Gs) або беруть участь у фототрансдукціі ( Gt, трансдуцін) служать субстратами для АДФ-рібозілірованія, катализируемого холерним токсином по одному із залишків аргініну, що призводить до блокування деактивації цих білків. Gs, G-білок, що інгібує аденілатциклазу, (Gi) і G-білок з поки ще невідомої функцією ( Go) АДФ-рібозіліруются кашлюковим токсином по залишку цистеїну, розташованому у С-кінця. -белком и рецепторами. Ця модифікація перешкоджає взаємодії між G-білком і рецепторами. -белка крысы ( Gx ), который оказался нечувствительным к коклюшному токсину. Визначено послідовність G-білка щури (Gx), який виявився нечутливим до кашлюку токсину.

-белки - это регуляторные белки, связывающие при активации ГТФ. G-білки - це регуляторні білки, що зв'язують при активації ГТФ. -белки, стимулирующие и ингибирующие аденилатциклазу ( Gs - белки и G i-белки соответственно). β ı - адренорецепторы, β 2 - адренорецепторы и D 1 рецепторы сопряжены с белком Gs , и поэтому стимуляция этих рецепторов сопровождается активацией аденилатциклазы и повышением внутриклеточной концентрации цАМФ - классического второго (внутриклеточного) посредника. Найкраще вивчені G-білки, що стимулюють і інгібують аденілатциклазу (Gs - білки і G i-білки відповідно). Β ı - адренорецептори, β 2 - адренорецептори і D 1 рецептори пов'язані з білком Gs, і тому стимуляція цих рецепторів супроводжується активацією аденілатциклази і підвищенням внутрішньоклітинної концентрації цАМФ - класичного другого (внутрішньоклітинного) посередника. 2-рецепторы сопряжены с белком Gi , и стимуляция этих рецепторов приводит к снижению активности аденилатциклазы и внутриклеточной концентрации цАМФ. Кінцевий відповідь у різних клітках різний і залежить від того, що являє собою ефекторні фрагменти (фермент, іонний канал і пр) α2-адренорецептори, М2-холінорецептори і D 2-рецептори зв'язані з білком Gi, і стимуляція цих рецепторів призводить до зниження активності аденілатциклази і внутрішньоклітинної концентрації цАМФ. . α1- адренорецепторы (как и М1-холинорецепторы), видимо, сопряжены с другим, пока еще мало изученным типом G -белка. Зміни активності ферментів і інших внутрішньоклітинних білків і, відповідно, клітинних функцій при цьому протилежні тим, які спостерігаються при активації білка Gs. Α1-адренорецептори (як і М1-холінорецептори), мабуть, пов'язані з іншим, поки ще мало вивченим типом G-білка . . Цей білок іноді позначають Gq. Він активує фосфоліпазу С, каталізують розпад мембранних фосфоліпідів, зокрема - фосфатиділінозитол-4 ,5-дифосфату до ІЗФ і ДГА. Обидва ці речовини є вторинними посередниками.

-белком и ускоряет диссоциацию ГДФ. Зв'язування агоніста (гормону, нейромедіатора тощо) з відповідним рецептором приводить до білок-білкових взаємодій між рецептором і G-білком і прискорює дисоціацію ГДФ. -белок, не связанный ни с каким нуклеотидом. У результаті утворюється короткоживучий комплекс агоніст - рецептор - G-білок, не пов'язаний ні з яким нуклеотидом. -белку, что приводит к диссоциации комплекса и высвобождению рецептора. Зв'язування з цим комплексом молекули ГТФ знижує спорідненість рецептора до G-білку, що призводить до дисоціації комплексу та вивільненню рецептора. -белка, обеспечивая, таким образом, высокий коэффициент усиления внеклеточного сигнала на данном этапе. Потенційно рецептор може активувати велику кількість молекул G-білка, забезпечуючи, таким чином, високий коефіцієнт посилення позаклітинного сигналу на даному етапі. -белка диссоциирует от βγ- субъединиц и вступает во взаимодействие с соответствующим эффектором, оказывая на него активирующее или ингибирующее воздействие. Активована α-субодиниця G-білка дисоціює від βγ-субодиниць і вступає у взаємодію з відповідним ефекторів, надаючи на нього активуюча або інгібуючий вплив.

диница с присоединенным с ней ГТФ способна взаимодействовать с эффектором в мембране - ферментами, такими, как аденилатциклаза, или, возможно, ионными каналами. α-суб'єктів незалежно e дініца з приєднаним з нею ГТФ здатна взаємодіяти з ефекторів в мембрані - ферментами, такими, як аденилатциклаза, або, можливо, іонними каналами. Фермент може активуватися або інгібувати, а іонний канал - відкриватися або закриватися. Конкретні приклади будуть розглянуті в наступних розділах. Взаємодія з ефекторів, однак, триває до тих пір, поки α - субодиниця, що є ГТФазой, утримує ГТФ. Так що, дуже незабаром приєднаний ГТФ гідролізується до ГДФ. Коли це відбувається, α - субодиниця знову змінює свою конформацію і втрачає здатність активувати ефектор. Після цього α-ГДФ взаємодіє з βγ-комплексом і знову утворює тримерной комплекс, завершуючи, таким чином, цикл. Припускають також, що комплекс з βγ-субодиниць теж може (прямо чи опосередковано) впливати на ефекторні ферменти.

-белки также регулируют работу К и Са ² +-ионных каналов, К G -белкам относятся полипептид Gs , стимулирующий аденилатциклазу и регулирующий Са ²+ -ионные каналы, полипептид Gi , ингибирующий аденилатциклазу, и регулирующий К+-каналы в клетках тканей мозга, Gt , трансдуцин, участвующий в передаче светового сигнала, Golf специфичный белок обонятельных ресничек и др. Все G -белки являются гетеротримерами, состоящими из субъединиц α, β‚ и γ в порядке уменьшения молекулярной массы. Такими ферментами є аденилатциклаза, фосфоліпаза С. G-білки також регулюють роботу К і Са ² +-іонних каналів, К G-білок відносяться поліпептид Gs, стимулюючий аденілатциклазу і регулюючий Са ² +-іонні канали, поліпептид Gi, ингибирующий аденілатциклазу, і регулюючий К +-канали в клітинах тканин мозку, Gt, трансдуцін, що бере участь у передачі світлового сигналу, Golf специфічний білок нюхових війок і ін Всі G-білки є гетеротрімерамі, що складаються з субодиниць α, β, і γ в порядку зменшення молекулярної маси.

-белка, подвергается гидролизу, причем ферментом, катализирующим этот процесс, является сама α- субъединиц. Згодом ГТФ, пов'язаний з α-субодиницею G-білка, піддається гідролізу, причому ферментом, що каталізує цей процес, є сама α-субодиниць. Це призводить до дисоціації α-субодиниці від ефектора і реассоціаціі комплексу α-ГДФ з βγ - субодиницями. -белка, связанного с ГДФ - весьма маловероятный процесс. Спонтанна активація G-білка, пов'язаного з ГДФ - вельми малоймовірний процес.

Цей же механізм лежить в основі гормональної регуляції фосфоінозітідспеціфічной фосфоліпази С і фосфоліпаза А2. -белки могут непосредственно активировать ионные каналы. Крім того, було показано, що G-білки можуть безпосередньо активувати іонні канали.

-белка является скорость диссоциации ГДФ от α- субъединицы G -белка. Лімітуючою стадією процесу відновлення початкового стану G-білка є швидкість дисоціації ГДФ від α-субодиниці G-білка. -белок-ГДФ с агонистсвязанным рецептором. Швидкість дисоціації збільшується при взаємодії G-білок-ГДФ з агоністсвязанним рецептором. -белком приводит, очевидно, к образованию комплекса агонист-рецептор- G -белок. Зв'язування ГТФ G-білком призводить, очевидно, до утворення комплексу агоніст-рецептор-G-білок. ТР-СТР- γ- S и М g 2+ усиливает диссоциацию α- субъединицы из тримера G -белка. Аналог G ТР-СТР-γ-S і М g 2 + підсилює дисоціацію α-субодиниці з тримера G-білка. -белка и вопрос диссоциации α- субъединиц из тримера G -белка для активации эффектора требует уточнения. Однак слід зауважити, що каталітична субодиниця аденілатциклази з мембран мозку бика хроматографічно соочіщается з α - і β-субодиниця Gs-білка і питання дисоціації α-субодиниць з тримера G-білка для активації ефектора вимагає уточнення.

-белки проявляют значительный полиморфизм. G-білки проявляють значний поліморфізм. -белка высокогомологична по структуре, близка по функциям, но отличается молекулярной массой и электрофоретической подвижностью. Кожна з форм субодиниць G-білка високогомологічна за структурою, близька за функціями, але відрізняється молекулярною масою та електрофоретичною рухливістю. и α i G -белков. Особливо широкий поліморфізм і найбільш вивчений для α s і α i G-білків. -субъединиц, четыре вида которых клонированы и, предполагается, что они определяют синтез четырех изоформ α s , в мозге человека. Так з мозку людини виділено 11 форм ДНК, відповідальних за синтез α s-субодиниць, чотири види яких клоновані і, передбачається, що вони визначають синтез чотирьох ізоформ α s, в мозку людини. найдены, в основном, три изоформы α i 1, α i 2, α i 3. Для α i знайдені, в основному, три ізоформи α i 1, α i 2, α i 3. находятся в пределах 42-55 кДа, а α i 39-41 кДа. Молекулярні маси ізоформи α s знаходяться в межах 42-55 кДа, а α i 39-41 кДа. носит тканеспецифический характер: α i 1 представлена, в основном, в мозге, α i 2 обнаружена в нервной ткани и в клетках крови, α i 3 представлена в периферических тканях и отсутствует в мозге. Розподіл молекулярних варіантів α i носить тканиноспецифічною характер: α i 1 представлена, в основному, в мозку, α i 2 виявлена ​​в нервовій тканині і в клітинах крові, α i 3 представлена ​​в периферичних тканинах і відсутній в мозку. по тканям примерно совпадает в ряду: человека, бык, крыса, мышь. Розподіл генів, що кодують синтез трьох ізоформ α i по тканинах приблизно збігається в ряду: людини, бик, щур, миша. и α s показало, что изоформы α s или α i различаются в области С - и N - концевой последовательности, связывающихся с рецептором или эффектором. Визначення амінокислотної послідовності α i і α s показало, що ізоформи α s або α i розрізняються в області С - і N - кінцевий послідовності, що зв'язуються з рецептором або ефекторів. Передбачається, що поліморфізм α-субьедініц визначається різноманіттям рецепторів і їх підтипів і різноманітністю ефекторних систем.

-субъединицы G i кодируются тремя различными структурными генами. α i-субодиниці G i кодуються трьома різними структурними генами. -белков, то пока неясно, кодируются ли изоформы разными структурными генами или это продукт одного гена с последующим внутренним альтернативным сплайсингом исходного РНК-транскрипта, или множественность их результат посттрансляционной модификации. Що стосується ізоформ α-субодиниць G s-білків, то поки неясно, кодуються чи ізоформи різними структурними генами чи це продукт одного гена з подальшим внутрішнім альтернативним сплайсингом вихідного РНК-транскрипту, або множинність їх результат посттрансляційної модифікації. -белки и 12 продуктов этих генов. В даний час відомо 9 структурних генів, що кодують G-білки і 12 продуктів цих генів.

З історії відкриття З-білків

1. 1971р. - Вперше показано необхідність ГТФ для стимуляції аденілатциклази глюкагоном.

2. 1981р. -трансдуцин, связывающий родопсин с фосфодиэстеразой с ГТФ фоторецепторов. - Виділений білок G t-трансдуцін, що зв'язує родопсин з фосфодієстеразою з ГТФ фоторецепторів.

, сопрягающий стимулирующие рецепторы с аденилатциклазой. З. 1983р - виділений ГТФ-связиваюшій білок G s, що сполучається стимулюючі рецептори з аденилатциклазой.

4. -белки. 1985-1988гт - показано, що фосфоліпаза С і фосфоліпаза А2 регулюються гормонами і нейротрансмітерами через G p-білки.

5. -белки разделены на несколько типов: четыре G s , три G i , G o , G z / x (центральная нервная система и селезенка), G t (трансдуцин), G olf (обонятельные нейроэпителиальные клетки). В даний час G-білки розділені на кілька типів: чотири G s, три G i, G o, G z / x (центральна нервова система і селезінка), G t (трансдуцін), G olf (нюхові нейроепітеліальние клітини).

Структура і властивості

-белки - гетеротримеры, в которых α- субъединица непрочно связана с димером β-γ . 1. G-білки - гетеротрімери, в яких α-субодиниця неміцно пов'язана з димером β-γ.

2. -субъединицы (мол. масса З5кДа) и γ- субъединицы (мол. масса 8кДа). Всі відомі α-субодиниці (молекулярна маса - 50кДа) гомологічних, і у більшості з них однакові (або дуже схожі) b-субодиниці (молекулярна маса З5кДа) і γ-субодиниці (молекулярна маса 8кДа).

-белка с рецептором и эффектором, уникальна для каждого G -белка. З. α-субодиниця визначає специфічність зв'язування G-білка з рецептором і ефекторів, унікальна для кожного G-білка.

4. Α-субодиниця пов'язує і гідролізує ГТФ (ГТФ-аза).

5. Α-субодиниця містить високо консервативний домен зв'язування і гідролізу ГТФ (18 амінокислот з 350-395).

6. -конец). Виявлено ділянки зв'язування гуанінових нуклеотидів і ділянки взаємодії з рецепторами (С-кінець) і βγ-димерами (N-кінець).

7. Р-рибозилирования (аргинин-202) при действии холерного токсина и коклюшного токсина. Виявлено ділянки А D Р-рібозілірованія (аргінін-202) при дії холерного токсину та коклюшного токсину.

Зв'язок з мембраною

-белки локализованы на внутренней поверхности плазматической мембраны. G-білки локалізовані на внутрішній поверхні плазматичної мембрани. -белков не содержит гидрофобных, пронизывающих мембрану доменов. Первинна структура всіх субодиниць G-білків не містить гідрофобних, які пронизують мембрану доменів.

1. -белков с мембраной содействует ацилирование жирнокислотными радикалами. Асоціації G-білків з мембраною сприяє ацилювання жирнокислотним радикалами. -белков: миристоилирование и изопренилирование белковой цепи. Виявлено два типи ліпідних модифікацій субодиниць G-білків: мірістоілірованіе і ізопренілірованіе білкового ланцюга.

2. - и G i -белков посттрансляционное миристоилирование со стороны N -конца. Показано для α-субодиниць G o - і G i-білків посттрансляційної мірістоілірованіе з боку N-кінця.

З. Для βγ-субодиниць також показані посттрансляційних модифікації (ацилювання).

4. -белков с мембраной. Виявлено три послідовні посттрансляційних модифікації, відповідальні за зв'язування ras-білків з мембраною.

5. Очищені α-субодиниці проявляють гідрофільні властивості (без βγ - комплексу не можуть зв'язуватися з штучними фосфоліпідних бульбашками).

Стуктурно-функціональна організація G-білків

-белки (ГТФ-связывающие белки) - универсальные посредники при передаче сигналов от рецепторов к ферментам клеточной мембраны, катализирующим образование вторичных посредников гормонального сигнала. G -белки - олигомеры, состоящие из α, β и γ- субъединиц. G-білки (ГТФ-зв'язуючі білки) - універсальні посередники при передачі сигналів від рецепторів до ферментів клітинної мембрани, що каталізує утворення вторинних посередників гормонального сигналу. G-білки - олігомери, що складаються з α, β і γ-субодиниць. -белки, как правило, имеют одинаковый комплект βγ- субъединиц. Склад димерів βγ незначно різняться в різних тканинах, але в межах однієї клітини все G-білки, як правило, мають однаковий комплект βγ-субодиниць. -белки принято различать по их α- субъединицам. Тому G-білки прийнято розрізняти за їх α-субодиниць. -белков. Виявлено 16 генів, що кодують різні α-субодиниці G-білків. Деякі з генів мають більше одного білка, внаслідок альтернативного сплайсингу РНК.

-белка имеет специфические центры: Кожна а-субодиниця у складі G-білка має специфічні центри:

зв'язування ГТФ або ГДФ;

взаємодії з рецептором;

зв'язування з βγ-субодиницями;

фосфорилювання під дією протеїнкінази С;

взаємодії з ферментом аденилатциклазой або фосфоліпазою С.

-белков отсутствуют α- спиральные, пронизывающие мембрану домены. G -белки относят к группе "заякоренных" белков. У структурі G-білків відсутні α-спіральні, що пронизують мембрану домени. G-білки відносять до групи "заякорені" білків.

Класифікація за чутливістю до токеінам

1. -субъединицы) ХТ (холерний токсин) призводить до постійної активації аденілатциклази (пригнічуючи ГТФ-азную активність А s-субодиниці)

2. Р-рибозилирование α- субъединицы. КТ (коклюшний токсин) теж викликає А D Р-рібозілірованіе α-субодиниці. -белка препятствует его взаимодействию с рецепторами, поэтому при активации рецептора А не ингибируется. Однак у цьому випадку модифікація G-білка перешкоджає його взаємодії з рецепторами, тому при активації рецептора А не інгібується.

-белки можно разбить на четыре группы: чувствительные только к холерному токсину ( G s ), только к коклюшному ( G i и G o ), субстраты обеих токсинов ( G t ) и G -белки, α- субъединицы которых не чувствительны ни к одному из токсинов. За чутливості до холерного і кашлюку токсинам G-білки можна розбити на чотири групи: чутливі тільки до холерного токсину (G s), тільки до кашлюку (G i і G o), субстрати обох токсинів (G t) і G-білки, α - субодиниці яких не чутливі до жодного з токсинів.

Сполучення з ефекторними системами

ГТФ-связиваюшіе білки управляють декількома мембранними ферментами і поруч іонних каналів.

-белками взаимодействует цитоскелет, благодаря чему гормоны регулируют секрецию и эндоцитоз. Ймовірно з G-білками взаємодіє цитоскелет, завдяки чому гормони регулюють секрецію і ендоцитоз. -белков лучше всего изучены аденилатциклаза и фосфодиэстераза ГМФ сетчатки глаза, активируемые, соответственно, G zx и трансдуцином. З мембранних і внутрішньоклітинних мішеней G-білків найкраще вивчені аденилатциклаза і фосфодіестерази ГМФ сітківки ока, активуються, відповідно, G zx і трансдуцін. -белками. Ці два ферменти принципово відрізняються один від одного по структурі і механізму їх регулювання G-білками.

-белок зависимых систем ясности нет. G - белки опосредуют не только активирующее, но и ингибирующее действие агонистов на внутриклеточные эффекторные системы. G -белок зависимое ингибирование показано для аденилатциклазы, потенциалправляемых кальциевых каналов, фосфолипазы С, N а/К-АТФазы. У відношенні активації інших G-білок залежних систем ясності немає. G - білки опосередковує не тільки активуюча, але і інгібуючу дію агоністів на внутрішньоклітинні ефекторні системи. G-білок залежне інгібування показано для аденілатциклази, потенціалправляемих кальцієвих каналів, фосфоліпази С, N а / К -АТФази.

-белок зависимого ингибирования аденилатциклазы. Виходячи з даних, можна припустити, що існує два механізми G-білок залежного інгібування аденілатциклази. -белков, т.к βγ -субъединицы у них сходные. Один з них обумовлений дією βγ-субодиниць і, мабуть, однаковий для всіх G-білків, т.к βγ-субодиниці у них подібні. . Другий механізм полягає у специфічному інгібуванні аденілатциклази α-субодиницею білка G i.

Регуляція активності G-білків

-белка - комплекс αβγ- ГДФ и активированную форму αβγ -ГТФ. Розрізняють неактивну форму G-білка - комплекс αβγ-ГДФ і активовану форму αβγ-ГТФ. -белка происходит при взаимодействии с комплексом активатор-рецептор, изменение конформации G -белка снижает сродство α- субъединицы к молекуле ГДФ и увеличивает к ГТФ. Активація G-білка відбувається при взаємодії з комплексом активатор-рецептор, зміна конформації G-білка знижує спорідненість α-субодиниці до молекули ГДФ і збільшує до ГТФ.

-белка нарушает комплементарность между α -ГТФ и βγ -субъединицами. Заміна ГДФ на ГТФ в активному центрі G-білка порушує комплементарність між α-ГТФ та βγ-субодиницями. -белка, таким образом обеспечивая усиление внеклеточного сигнала на этом этапе. Рецептор, пов'язаний з сигнальною молекулою, може активувати велику кількість молекул G-білка, таким чином забезпечуючи посилення позаклітинного сигналу на цьому етапі.

-белка ( α -ГТФ) взаимодействует со специфическим белком клеточной мембраны и изменяет его активность. Активована α-субодиниця G-білка (α-ГТФ) взаємодіє зі специфічним білком клітинної мембрани і змінює його активність. а+-каналы, K +-каналы. Такими білками можуть бути ферменти аденилатциклаза, фосфоліпаза С, фосфодіестерази цГМФ, N а +-канали, K +-канали.

-белка - дефосфорилирование ГТФ, связанного с α -субъединицей, причём фермент, катализирующий эту реакцию, - сама α -субъединица. Наступний етап циклу функціонування G-білка - дефосфорілірованіе ГТФ, пов'язаного з α-субодиницею, причому фермент, що каталізує цю реакцію, - сама α-субодиниця.

-белок возвращается к неактивной форме - αβγ- ГДФ. Дефосфорілірованіе призводить до утворення комплексу α-ГДФ, який не компліментарний специфічного білка мембрани (наприклад аденілатциклази), але має високу спорідненість до βγ-протомера. G-білок повертається до неактивній формі - αβγ-ГДФ. При подальшій активації рецептора і заміні молекули ГДФ на ГТФ цикл повторюється знову. -белков совершают челночное движение, перенося стимулирующий или ингибирующий сигнал от рецептора, который активирован первичным посредником (например, гормоном), на фермент, катализирующий образование вторичного посредника. Таким чином, αβγ-субодиниці G-білків здійснюють човниковий рух, переносячи стимулюючий або інгібуючий сигнал від рецептора, який активований первинним посередником (наприклад, гормоном), на фермент, що каталізує утворення вторинного посередника.

- белков. Деякі форми протеїнкіназ можуть фосфорилювати α-субодиниці G - білків. Фосфорильована α-субодиниця не компліментарним специфічного білка мембрани, наприклад аденілатциклази або фосфоліпази С, тому не може брати участь у передачі сигналу.

Аденилатциклаза

Фермент аденилатциклаза, що каталізує перетворення АТФ в цАМФ - ключовий фермент аденілатціклазной системи передачі сигналу. Аденилатциклаза виявлена ​​у всіх типах клітин.

Фермент відносять до групи інтегральних білків клітинної мембрани, він має 12 трансмембранних доменів. Позаклітинні фрагменти аденілатциклази глікозовані. Цитоплазматичні домени аденілатциклази мають два каталітичних центру, відповідальних за освіту цАМФ - вторинного посередника, який бере участь у регуляції активності ферменту протеїнкінази А.

На активність аденілатциклази впливають як позаклітинні, так і внутрішньоклітинні регулятори. -белков передают сигналы на аденилатциклазу. α s -субъединица (стимулирующая) при взаимодействии с аденилатциклазой активирует фермент, α i -субъединица (ингибирующая) ингибирует фермент. Позаклітинні регулятори (гормони, ейкозаноїди, біогенні аміни) здійснюють регуляцію через специфічні рецептори, які за допомогою α-субодиниць G-білків передають сигнали на аденілатциклазу. Α s-субодиниця (стимулююча) при взаємодії з аденилатциклазой активує фермент, α i-субодиниця (інгібуюча ) інгібує фермент. У свою чергу, аденилатциклаза стимулює прояв ГТФ-фосфатазной активності α-субодиниць. -ГДФ и α i -ГДФ, некомплементарные аденилатциклазе. У результаті дефосфорілірованія ГТФ утворюються субодиниці α s-ГДФ і α i-ГДФ, некомплементарние аденілатциклази.

З 8 вивчених ізоформ аденілатциклази 4 - Са2 +-залежні (активуються Са2 +). Регулювання аденілатциклази внутрішньоклітинним кальцієм дозволяє клітині інтегрувати активність двох основних вторинних посередників цАМФ і Са2 +.

Фосфоліпази

Фосфоліпази - ферменти класу гідролаз, що каталізують катаболізм гліцерофосфоліпідів. Розрізняють фосфоліпази секреторні, що входять до складу панкреатичного соку, і клітинні фосфоліпази. , С различаются по специфичности к отщепляемой группе. Клітинні фосфоліпази А1, А2, D, З розрізняються по специфічності до відщеплюється групі. Всі фосфоліпази - кальцій залежні ферменти.

Фосфоліпаза С - фермент, що гідролізують фосфоефірную зв'язок в гліцерофосфоліпіди. У клітинах людини ідентифіковано 10 ізоформ фосфолілази С, що розрізняються за молекулярною масою, локалізації, способу регулювання, субстратної специфічності. У структурі всіх ізоформ фосфоліпази С відсутні гідрофобні домени, які могли б забезпечити їх взаємодію з мембраною. Однак деякі форми фосфоліпази З пов'язані з мембраною за допомогою гідрофобної "якоря" - ацильного залишку миристиновой кислоти або за рахунок взаємодії з поверхнею бішару. Каталітична активність всіх ізоформ фосфоліпази С залежить від іонів кальцію.

Більшість фосфоліпаз З специфічно щодо фосфатидилінозитолу і практично не гідролізує інші типи фосфоліпідів. Активний фермент може гідролізувати до 50% від загальної кількості фосфатидилінозитолу клітинної мембрани. При гідролізі фосфатидилинозитол-4 ,5-бісфосфата (ФІФ2) утворюються гідродугти диацилглицерол (ДАГ) і інозитол-1 ,4,5-трифосфат (ІФ3), службовці вторинними посередниками в трансмембранної передачі сигналу по інозітолфосфатному шляху.

Протеїнкінази

Всі полярні сигнальні молекули, що діють на клітину-мішень через мембранні рецептори, здійснюють свою біологічну функцію шляхом фосфорилювання специфічних білків і ферментів, що регулюють метаболізм в клітці. Фосфорилювання змінює (збільшує чи зменшує) їх активність. Каталізують фосфорилювання білків (протеїнів) протеїнкінази по амінокислотним залишкам серину, треоніну, тирозину. Протеїнкінази можуть бути субодиницею мембранного рецептора, наприклад тирозинових протеїнкіназа рецептора інсуліну, активність якої регулюється гормоном. , кальмодулинзависимые протеинкиназы и др. інша група - протеїнкінази, регульовані вторинними вісниками гормонального сигналу (цАМФ, цГМФ, Са, ДАГ), наприклад протеїнкіназа А, протеїнкіназа С, протеїнкіназа G, кальмодулінзавісімие протеїнкінази та ін

1. Протеїнкінази А

Протеїнкінази А (цАМФ-стимульовані) беруть участь у аденілатціклазной системі передачі сигналу. 2 C 2 - двух регуляторных субъединиц ( R 2) и двух каталитических ( C 2). Протеїнкіназа А складається з 4 субодиниць R 2 C 2 - двох регуляторних субодиниць (R 2) і двох каталітичних (C 2). 2 C 2 не обладает ферментативной активностью. Комплекс R 2 C 2 не має ферментативною активністю.

2 C 2 разными способами прикрепляется к мембране. Комплекс R 2 C 2 різними способами прикріплюється до мембрани. Деякі форми протеїнкінази А "заякориваются" за допомогою аліфатичного залишку миристиновой кислоти каталітичних субодиниць. (от англ. сАМР - dependent protein kinase anchoring proteins ). У багатьох тканинах протеїнкіназа А пов'язана з "заякорені" білком АКАР s (від англ. Самро - dependent protein kinase anchoring proteins). имеет центр связывания для регуляторных субъединиц протеинкиназы А. С помощью белка АКАР s 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. АКАР s має центр зв'язування для регуляторних субодиниць протеїнкінази А. За допомогою білка АКАР s протеїнкіназа А зв'язується з мембраною в області локалізації ферментів, що каталізують утворення цАМФ (аденилатциклаза) або його гідроліз (фосфодіестерази), а також білків, у регуляції активності яких фермент бере участь , наприклад потенціалзалежні Са2 +-канали.

Регуляторні субодиниці протеїнкінази А мають специфічні центри для зв'язування цАМФ. Приєднання цАМФ до регуляторних субодиниця призводить до зміни конформації останніх і зниження спорідненості каталітичні субодиниці С, відбувається дисоціація за схемою:

2 C 2 = цАМФ4 R 2 + С + С цАМФ4 + R 2 C 2 = цАМФ4 R 2 + С + С

Субодиниці З представляють собою активну форму протеїнкінази А, яка каталізує реакції фосфорилювання білків за серину і треоніну. Каталітичні субодиниці С у різних типів протеїнкінази А не ідентичні, вони розрізняються перш за все специфічністю у відношенні до білків-субстратів.

2. Протеїнкінази С

Протеїнкінази С беруть участь у інозітолфосфатной системі передачі сигналу. Фермент складається з двох функціонально різних доменів - регуляторного й каталітіческоо. Регуляторний домен містить 2 структури ("цинкові пальці"), утворені фрагментами пептидного ланцюга, багатими цистеїном, і що містять два іони цинку. "Цинкові пальці" беруть участь у зв'язуванні: диацилглицерол. Інший фрагмент регуляторного домену має високу спорідненість до Са2 +. Підвищення концентрації кальцію в цитозолі збільшує спорідненість протеїнкінази С до фосфатидилсерину мембрани. Транслокація протеїнкінази С до мембрани дозволяє ферменту зв'язатися з ДАГ, який ще більше підвищує спорідненість протеїнкінази С до іонів кальцію. Найбільш поширені ізоформи протеїнкінази С активуються Са2 +, диацилглицерол і фосфатидилсерину.

Каталітичний домен має центр, що зв'язує АТФ і білок-субстрат. Активна форма ферменту протеїнкінази С фосфорилирует білки по залишках серину і треоніну. Зниження концентрації іонів кальцію в клітині порушує зв'язок протеїнкінази С з фосфатидилсерину і диацилглицерол, фермент переходить в неактивну форму і відокремлюється від мембрани.

3. Протеїнкінази G

присутствует не во всех тканях, её обнаруживают в лёгких, мозжечке, гладких мышцах и тромбоцитах. На відміну від протеїнкінази А, протеїнкіназа G присутня не в усіх тканинах, її виявляють у легенях, мозочку, гладких м'язах і тромбоцитах. могут быть связаны с мембраной или находиться в цитоплазме. Ізоформи протеїнкінази G можуть бути пов'язані з мембраною або знаходитися в цитоплазмі. состоит из двух идентичных субъединиц, каждая из которых имеет два центра для связьвания цГМФ. Розчинна протеїнкіназа G складається з двох ідентичних субодиниць, кожна з яких має два центри для связьванія цГМФ. Приєднання цГМФ до регуляторних центрам викликає конформаційні зміни субодиниць і підвищує каталітичну активність ферменту. , подобно протеинкиназе А и С, специфична в отношении определенных белковых субстратов, которые она фосфорилирует по остаткам серина и треонина. Протеїнкіназа G, подібно протеїнкінази А і С, специфічна щодо певних білкових субстратів, які вона фосфорилирует по залишках серину і треоніну.

Фосфодіестерази

Фосфодіестерази - ферменти, що каталізують перетворення цАМФ або цГМФ у неактивні метаболіти АМФ або ГМФ. Фосфодіестерази, знижуючи концентрації вторинних посередників, розривають ланцюг перетворень, викликаних активатором рецептора.

Фосфодіестерази присутні в клітинах тканин в 2 формах: у формі розчинного білка та мембранозв. Форми ферменту, пов'язані з мембраною, в різних тканинах становлять 5-40%. В одній і тієї ж тканини можуть бути присутні різні форми фосфодіестерази, що розрізняються по спорідненості до субстрату, молекулярній вазі, заряду, регуляторним властивостям та локалізації в клітині.

Фосфодіестерази циклічних нуклеотидів не володіють абсолютною специфічністю, тому, як правило, одна і та ж форма ферменту здатна гідролізовагь як цАМФ, так і цГМФ. Однак швидкості гідролізу цих двох нуклеотидів під дією однієї і тієї ж фосфодіестерази можуть значно відрізнятися. Це залежить від того, яка фосфодіестерази присутній у клітці - більш специфічна щодо цАМФ або більше специфічна до цГМФ, від співвідношення концентрацій цАМФ і цГМФ у клітці і від дії регуляторів фосфодіестерази.

У більшості тканин присутній фосфодіестерази - 1, більш специфічна до цАМФ, що активується Са2 +, комплексом 4Са2 +-кальмодулін і цГМФ.

Аденілатціклазной система

За участю аденілатціклазной системи реалізуються ефекти сотні

різних за своєю природою сигнальних молекул гормонів, нейромедіаторів, ейкозаноїдів.

-рецептор сигнальной молекулы, которая активирует аденилатциклазу, и R i -рецептор сигнальной молекулы, которая ингибирует аденилатциклазу; G s -стимулирующий и G i -ингибирующий аденилатциклазу белки; ферменты аденилатциклаза (АЦ) и протеинкиназа А (ПКА). Функціонування системи трансмембранної передачі сигналів забезпечують білки: R s-рецептор сигнальної молекули, яка активує аденілатциклазу, і R i-рецептор сигнальної молекули, яка інгібує аденілатциклазу; G s-стимулюючий і G i-ингибирующий аденілатциклазу білки; ферменти аденилатциклаза (АЦ) і протеїнкіназа А (ПКА).

Послідовність подій, що призводять до активації аденілатциклази:

, приводит к изменению конформации рецептора и увеличению его сродства к G s -белку. зв'язування активатора аденілатціклазной системи, наприклад гормону (Г) з рецептором R s, призводить до зміни конформації рецептора і збільшення його спорідненості до G s-білку. ] [ G -ГДФ] ; У результаті утворюється комплекс [Г] [R] [G-ГДФ];

] к G -ГДФ снижает сродство α- субъединицы G s -белка к ГДФ и увеличивает сродство к ГТФ. приєднання [Г] [R] до G-ГДФ знижує спорідненість α-субодиниці G s-білка до ГДФ і збільшує спорідненість до ГТФ. ГДФ заміщується на ГТФ;

це викликає дисоціацію комплексу. , связанная с молекулой ГТФ, обладает сродством к аденилатциклазе: Відокремилася субодиниця α, пов'язана з молекулою ГТФ, має спорідненості з аденілатциклази:

] [ G -ГТФ] = [Г] [ R ] + α -ГТФ + βγ [Г] [R] [G-ГТФ] = [Г] [R] + α-ГТФ + βγ

взаємодія α-субодиниці з аденилатциклазой призводить до зміни конформації ферменту і його активації, збільшується швидкість утворення цАМФ з АТФ;

-ГГФ] [АЦ] стимулируют повышение ГТФ-фосфатазной активности α -субъединицы. конформаційні зміни в комплексі [α-ГГФ] [АЦ] стимулюють підвищення ГТФ-фосфатазной активності α-субодиниці. Протікає реакція дефосфорілірованія ГТФ, і один з продуктів реакції - неорганічний фосфат (Р) відокремлюється від α-субодиниці, а комплекс [α-ГДФ] зберігається; швидкість гідролізу визначає проведення сигналу;

-белок возвращается к неактивной форме; освіта в активному центрі α-субодиниці молекули ГДФ знижує його спорідненість до аденілатциклази, але збільшує спорідненість до βγ-субодиниць. G s-білок повертається до неактивній формі;

-белка повторяется. якщо рецептор пов'язаний з активатором, наприклад гормоном, цикл функціонування G s-білка повторюється. Активація протеїнкінази А (ПКА)

молекули цАМФ можуть оборотно з'єднуватися з регуляторними субодиницями ПКА

) вызывает диссоциацию комплекса С2 R 2 на комплекс цАМФ4 R 2 и С + С приєднання цАМФ до регуляторних субодиниця (R) викликає дисоціацію комплексу С2 R 2 на комплекс цАМФ4 R 2 і С + С

активна протеїнкіназа А фосфорилирует специфічні білки по серину і треоніну, в результаті змінюються конформація і активність фосфорильованих білків, що призводить до зміни швидкості і напряму регульованих ними процесів у клітині.

концентрація цАМФ в клітині може регулюватися, вона залежить від співвідношення активностей ферментів аденілатциклази і фосфодіестерази.

. Велику роль в регуляції внутрішньоклітинної сигнальної системи грає білок АКАР s. участвует в сборке ферментных комплексов, включающих не только протеинкиназу А, но и фосфодиэстеразу и фосфопротеинфосфатазу. "Заякорені" білок АКАР s бере участь у складанні ферментних комплексів, які включають не тільки протеинкиназу А, але і фосфодіестеразу і фосфопротеінфосфатазу.

Каскадний механізм посилення і придушення сигналу. -белок на фермент аденилатциклазу служит примером каскадной системы усиления этого сигнала. Передача сигналу від мембранного рецептора через G-білок на фермент аденілатциклазу служить прикладом каскадної системи посилення цього сигналу. -белков и затем каждый активирует несколько молекул аденилатциклазы с образованием тысяч молекул цАМФ. Одна молекула, що активує рецептор, може "включати" кілька G-білків і потім кожен активує кілька молекул аденілатциклази з утворенням тисяч молекул цАМФ. На цьому етапі сигнал посилюється в 10 ² -10 ³ разів. Утворений цАМФ "включають" інший фермент - протеїн А, посилюючи сигнал ще в 1000 разів. Фосфорилювання ферментів протеінкіназою. А ще більше підсилює сигнал, в результаті сумарна посилення одно 106-107 разів. Таким чином, за механізмом каскадного посилення одна молекула регулятора здатна змінити активність мільйонів інших молекул.

Але для будь-якої з систем трансмембранної передачі сигналу клітина має іншу систему, переважну цей сигнал. Кожен з етапів у ферментному каскаді знаходиться під контролем спеціальних пригнічують цей сигнал механізмів. Наприклад, тривала дія гормону призводить до десенсибілізації мембранних рецепторів: вони або інактивуються, або разом з гормоном занурюються в клітку за допомогою ендоцитозу. У результаті десенсибілізації рецепторів ступінь активації аденілатціклазной системи знижується. Якщо в клітці тривалий час підвищена концентрація цАМФ (підвищена активність протеїнкінази А), може відбуватися фосфорилювання кальцієвих каналів, що призводить до підвищення концентрації Са ² + в клітині. Калці активує Са ² + - залежну фосфодіестеразу, каталізують перетворення цАМФ в АМФ. 2С2) снижается скорость фосфорилирования специфических ферментов. У результаті інактивації протеїнкінази А (R 2С2) знижується швидкість фосфорилювання специфічних ферментів. Завершує "вимкнення" системи фосфопротеінфосфатаза, дефосфорилюється фосфопротеинов.

Вплив бактеріальних токсинів на активність аденілатциклази (АДФ-рібозілірованіе G-білків)

-белков аденилатциклазной системы были использованы экзогенные бактериальные яды холерный и коклюшный токсины. Для вивчення функціонування G-білків аденілатціклазной системи були використані екзогенні бактеріальні отрути холерний і коклюшний токсини. Токсини в експериментальних умовах підвищують активність аденілатциклази практично у всіх клітинах організму; так, холерний токсин може стимулювати секрецію тиреоїдних гормонів клітинами щитовидної залози, стероїдних гормонів клітинами надниркових залоз, розпад жирів в жирових клітинах. Реакція різних клітин на холерний токсин викликана підвищенням рівня цАМФ в цих клітинах.

Холерний токсин - олігомерних білок. -субъединице комплекса [ α s - ГТФ] [АЦ] (этап активации аденилатциклазы). Одна з субодиниць фермент АДФ-рібозілтрансфераза; проникаючи в клітину, вона каталізує приєднання АДФ-рибози до α s-субодиниці комплексу [α s - ГТФ] [АЦ] (етап активації аденілатциклази).

+ + [ α s , - ГТФ] [АЦ] - [АДФ - рибозил - α s ГТФ] [АЦ] +никотинамид + Н+ NAD + + [α s, - ГТФ] [АЦ] - [АДФ - рибоза - α s ГТФ] [АЦ] + нікотинамід + Н +

- субъединицы, не происходит дефосфорилированние ГТФ. АДФ-рібозілірованіе інгібує прояв ГТФ-фосфатазной активності α s - субодиниці, не відбувається дефосфорильованого ГТФ. -белка останавливается на этапе активации фермента аденилатциклазы, отвечающего за образование цАМФ из АТФ. Цикл функціонування G-білка зупиняється на етапі активації ферменту аденілатциклази, що відповідає за утворення цАМФ з АТФ. Фермент аденилатциклаза зберігає підвищену активність протягом тривалого часу.

-субъединицы активированного G i -белка( α i βγ -ГТФ). Субодиниця коклюшного токсину, проникаючи в клітину, каталізує АДФ-рібозілірованіе α i-субодиниці активованого G i-білка (α i βγ-ГТФ).

+ [ α i βγ- ГТФ] - [АДФ-рибозил- α i βγ- ГТФ] + никотинамид + Н+ NAD + [α i βγ-ГТФ] - [АДФ-рибоза-α i βγ-ГТФ] + нікотинамід + Н +

- субъединица сохраняет высокое сродство к βγ - субъединицам, те. Gi -белок теряет способность диссоциировать на α i - ГТФ и βγ- субъединицы. Модифікована α i - субодиниця зберігає високу спорідненість до βγ - субодиниці, ті. Gi-білок втрачає здатність диссоциировать на α i - ГТФ та βγ-субодиниці. -ГТФ) не достигает аденилатциклазы, значит в этом случае возможна только её активация при связывании с α s -ГТФ. Таким чином, ингибирующий сигнал (α i-ГТФ) не досягає аденілатциклази, значить у цьому випадку можлива тільки її активація при зв'язуванні з α s-ГТФ. Дія коклюшного токсину на клітини тканин завжди призводить до підвищення рівня цАМФ.

Симптоми холери та коклюшу розвиваються в результаті дії токсинів, що виробляються відповідними мікроорганізмами.

Інозітолфосфатная система

(рецептор), фосфолипаза С, G р l с - белок, активирующий фосфолипазу С, белки и ферменты мембран и цитозоля. Функціонування інозітолфосфатной системи трансмембранної передачі сигналу забезпечують: R (рецептор), фосфоліпаза С, G р l с - білок, що активує фосфоліпазу С, білки і ферменти мембран і цитозолю.

Послідовність подій, що призводять до активації фосфоліпази С:

) вызывает изменение конформации и увеличение сродства к Gplc -белку. зв'язування сигнальної молекули, наприклад гормону з рецептором (R) викликає зміну конформації і збільшення спорідненості до Gplc-білку.

] [ G р l с ГДФ] приводит к снижению сродства α- протомера G р l с белка к ГДФ и увеличению сродства к ГТФ. утворення комплексу [Г] [R] [G р l з ГДФ] призводить до зниження спорідненості α-протомера G р l з білка до ГДФ і збільшення спорідненості до ГТФ. ГДФ замінюється на ГТФ.

це викликає дисоціацію комплексу; відокремилася α-субодиниця, пов'язана з молекулою ГТФ, набуває спорідненість до фосфоліпази С.

α-ГТФ взаємодіє з фосфоліпазою С і активує її. Під дією фосфоліпази С відбувається гідроліз ліпіду мембрани фосфатидилинозитол-4, 5 - біофосфата (ФІФ2).

в ході гідролізу утворюється і виходить у цитозоль гидрофильное речовину інозитол-1 ,4,5-трифосфат (ІФ3). Інший продукт реакції диацилглицерол (ДАГ) залишається в мембрані і бере участь в активації ферменту протеїнкінази С (ПКС).

інозитол-1 ,4,5-трифосфат (ІФ3) зв'язується специфічними центрами Са2 - каналу мембрани ЕР, це призводить до зміни конформації білка та відкриттю каналу - Са ² + надходить у цитозоль. За відсутності в цитозолі ІФ3 канал закритий.

Активація протеїнкінази С.

• Підвищення концентрації Са ² + в цитозолі клітини збільшує швидкість

взаємодії Са ² + з неактивним цитозольним ферментом протеінкіназою С (ПКС) і білком кальмодуліном, таким чином сигнал, прийнятий рецептором клітини, роздвоюється.

• Зв'язування протеїнкінази С з іонами кальцію дозволяє ферменту вступати в кальцій-опосередкована взаємодія з молекулами "кислого" фосфолипида мембрани, фосфатидилсерин (ФС). Диацилглицерол, займаючи специфічні центри в протеїнкінази С, ще більше збільшує її спорідненість до іонів кальцію.

• На внутрішній стороні мембрани утворюється ферментативний комплекс - [ПКС] [Са ² +] [ДАГ] [ФС] - активна протеїнкіназа С, фосфорилюються специфічні ферменти по серину і треоніну.

Участь білка кальмодуліну в інозітолфосфатной передачу сигналу

У клітинах багатьох тканин присутній білок кальмодулін, який функціонує як внутрішньоклітинний рецептор Са ² +, він має 4 центри для зв'язування Са ² +. Комплекс [кальмодулін] - [4Са ² +] не має ферментативною активністю, але взаємодія комплексу з різними білками і ферментами призводить до їх активації.

Саморегуляція системи

Як і більшість систем трансмембранної передачі сигналів, інозітолфосфатная система має не тільки механізм посилення, а й механізм придушення сигналу. Присутні в цитозолі інозитол-1 ,4,5-трифосфат ((ІФ3) і диацилглицерол (ДАГ) в мембрані можуть в результаті серії реакцій знову перетворюватися на фосфатидилинозитол-4 ,5-бісфосфат (ФІФ2). Ферменти, що каталізують відновлення фосфолипида, активуються фосфорилюванням протеінкіназою С.

+/Са ²+ -и Н+/Са ²+ -транслоказ (активный антипорт) клеточной и митохондриальной мембран. Концентрація Са ² + в клітині знижується до вихідного рівня при дії Са ² +-АТФ-аз цитоплазматичної мембрани і ЕР, а також Na + / Са ² +-і Н + / Са ² +-транслоказ (активний антіпорт) клітинної та мітохондріальної мембран .

Функціонування транслоказ Са ² + і Са ² +-АТФ-аз може активуватися:

комплексом [камьмодулін] [4 Са];

протеінкіназою А (фосфорилюванням);

протеінкіназою С (фосфорилюванням). Зниження концентрації Са2 в клітці і диацилглицерол в мембрані приводить до зміни конформації протеінкіiiази С, зниження її спорідненості до фосфатидилсерину, фермеiтт дисоціює в цитозоль (неактивна форма).

Фосфорильовані протеінкіназою З ферменти та білки під дією фосфопротеінфосфатази переходять в дефосфорильованого форму.

α-субодиниця: загальні властивості

-белков. α-субодиниця грає головну роль у функціонуванні G-білків. Вона пов'язує ГТФ. Вона оборотно взаємодіє з β і γ субодиницями, приєднуючись до них, коли в центрі знаходиться ГДФ і діссоцііруя, коли в центрі ГТФ. -белков могут подвергаться химическим модификациям. При зв'язуванні ГТФ α субодиниця активується і набуває здатності регулювати ефекторні системи внутрішньоклітинні. Α субодиниці частини G-білків можуть піддаватися хімічним модифікаціям. -белков. Під впливом холерного і коклюшного токсинів відбувається ФДФ-ріболізірованіе білків за аргінінових і цистеїнових залишку на С-кінці, внаслідок чого порушується нормальне функціонування G-білків.

-белка, а i n v i v о белка G z . Крім того, протеїнкіназа С може фосфорилювати α-субодиницю очищеного G-білка, а i n v i v про білка G z. Мабуть білки при цьому інактивуються.

-белков имеет α -субъединицы с молекулярным весом около 40 Кд. Більшість G-білків має α-субодиниці з молекулярною вагою близько 40 Кд.

β і γ субодиниці: загальна характеристика

Бета і гамма субодиниці утворюють комплекс один з одним, розпадається тільки в денатуруючих умовах. До кінця їх роль не зрозуміла. было показано, что субъединицы бета и гамма необходимы для взаимодействия G -белка с рецептором и замещения ГДФ на ГТФ. В експериментах з трансдуцін, а потім з білком G i було показано, що субодиниці бета і гамма потрібні для взаємодії G-білка з рецептором і заміщення ГДФ на ГТФ.

Бета-гамма комплекс міцно пов'язаний з мембраною і служить якорем для α-субодиниці. При відділенні α-субодиниці бета-гамма комплекс може переходити в цитоплазму.

Крім зв'язування та інгібування активності α-субодиниці бета - гамма комплекс в деяких випадках має прямий вплив на ефекторні системи клітини. -бета-гамма комплекс ингибирует стимуляцию Він активує фосфоліпазу А2, взаємодіє з кальмодуліном завдяки чому інгібує активність аденілатциклази мозку. G-бета-гамма комплекс інгібує стимуляцію

-альфа. АС1 по засобом G s-альфа.

-бета-гамма, но только в присутствии G s - альфа. АС2 стимулюється зв'язуванням G-бета-гамма, але тільки в присутності G s - альфа.

-бета-гамма. АС3 також стимулюється G-бета-гамма. -альфа и G -бета-гамма. Калієві канали серця відкриваються при зв'язуванні G s-альфа і G-бета-гамма. Мембрана клітинна: ​​стимуляція гідролізу фосфоліпідів. Мембрана клітинна: ​​зміна вмісту цАМФ.

G-білки: βγ-субодиниці

-белков могут осуществлять отрицательную обратную связь, активируя протеинкиназы, которые фосфорилируют рецепторы. Фосфорилювання рецепторів є одним з механізмів регуляції їх активності. Βγ-субодиниці G-білків можуть здійснювати негативний зворотний зв'язок, активуючи протеїнкінази, які фосфорилируют рецептори. К. Ці протеїнкінази називаються GR К. К протеинкиназам относятся родопсинкиназа и β -адренергическая киназа. До GR До протеїнкіназа відносяться родопсінкіназа і β-адренергічні кіназа. Фосфорилювання призводить до видалення рецептора кіназа. Наприклад, мускаринові та адренорецептори, фосфорильовані по серину і треоніну на С-кінцевому домені, стають мішенню для зв'язування аррістіна, що готує їх для видалення ендоцитозу. Зазвичай на С-кінці рецептора є кілька ділянок для фосфорилювання різними протеїнкінази. -А R К протеинкиназу, которая, фосфорилируя рецептор, прерывает передачу сигнала на аденилатциклазу и прекращает производство сАМР. Відомо, що слабкий стимул (низька концентрація агоніста) активує протеїн А, а сильний стимул активує b-А R До протеинкиназу, яка, фосфоріліруя рецептор, перериває передачу сигналу на аденілатциклазу і припиняє виробництво сАМР. Фосфорилювання, здійснюване протеінкіназою А відбувається тоді, коли зайнято 10% рецепторів. -А R К. При цьому фосфорилювання вже інших, не зайнятих, рецепторів призводить до звільнення βγ-субодиниць і відповідному фосфорилюванню інший протеінкіназою b-А R К.

Р к диссоциации от субъединицы (стабилизация инактивированного состояния), открывает мускариновый К+-канал в сердце, закрывают Са2+ - канал в пресинаптической мембране, активируют фосфолипазу Р L А2 и некоторые изоформы фосфолипазы С, регулируют сродство рецептора к агонисту. βγ-суб'едініцьт забезпечують локалізацію, ефективне зв'язування і дезактивацію α-субодиниць, регулюють спорідненість рецепторів до їх активує лигандам, знижують здатність GD Р до дисоціації від субодиниці (стабілізація інактивованого стану), відкриває мускаринових К +-канал в серці, закривають Са2 + - канал в пресинаптичної мембрани, активують фосфоліпазу Р L А2 і деякі ізоформи фосфоліпази С, регулюють спорідненість рецептора до агоністи.

ТР) - связывающие белки. ГТФ (G ТР) - зв'язуючі білки.

Передача сигналів від рецепторів, на внутрішньоклітинні ефекторні системи здійснюється за допомогою ГТФ-зв'язуючих білків. ГТФ-зв'язуючі білки активуються \ дезактивуються за допомогою спеціального механізму - ГТФ-фазного циклу.

ГТФ-зв'язуючі білки утворюють два основних сімейства G-білків і низькомолекулярних ГТФ-зв'язуючих білків

Всі ці білки сильно пов'язують ГТФ та перетворюють його в ГДФ, при цьому відбувається перехід білка з активованого у неактивний стан. Властивості ГТФ-зв'язуючих білків. Основною структурною особливістю ГТФ-зв'язуючих білків є наявність домену зв'язування гуанінових нуклеотидів. Наявність відповідних консенсусних амінокислотних послідовностей є однозначним вказівкою на приналежність білка до даного сімейства.

Література

1. Біохімія.3-е видання (виправлене). М; Видавнича група ГЕОТАР-Медіа. 2006р.

2. Основи біохімії. А. Вайт, Ф Хендлер, Е. Сміт, Р. Хілл, І. Леман .3 т. М; Мір1981 р.

3. Біохімія. Маррі, Греннер. М; Вища школа. 1993р.

4. Біохімія. Ленінджер, 1995р.

5. Біохімія. В.П. Комов., В.М. Шведова. Дрофа; М: 2004р. .

6. Загальна біохімія. Навчальний посібник з біохімії. Курс лекцій. М.Т. Генгін; 1997р.

7. Основи біохімії. Ю.Б. Пилипович. Видання друге, перероблене і доповнене. Вища школа; М4, 1995р.