Взаимодействие гормонов с рецепторами, сопряженными с G-белками, приводит к активации аденилатциклазной или инозитолфосфатной регуляторных систем.

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- предсердного натрийуретического фактора); 5 - передающие сигнал на аденилатциклазу, например β-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 тирозинкиназной 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 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.

Взаимодействие гормонов с рецепторами, сопряженными с G-белками, приводит к активации аденилатциклазной или инозитолфосфатной регуляторных систем.

  Аденилатциклазная система

При участии аденилатциклазной системы реализуются эффекты сотни различных по своей природе сигнальных молекул – гормонов и  нейромедиаторов.

Функционирование системы трансмембранной передачи сигналов обеспечивают 5 белков.

· Интегральные белки цитоплазматической мембраны: Rs-рецептор активатора  аденилатциклазной системы и R_i-рецептор ингибитора аденилатциклазной системы

· Фермент аденилатциклаза

· «заякоренныве белки»: G_s-ГТФ-связывающий белок, состоит из α_s, β,γ -субъединиц и G_j-ГТФ-связывающий белок, состоит из α_i, β,γ -субъединиц и одного цитозольного фермента протеинкиназы А (ПКА).

Последовательность событий, приводящих к активации аденилатциклазы:

Рецептор имеет два центра связывания: для гормона на наружной поверхности мембраны и для G-белк а на внутренней поверхности мембраны.

· Взаимодействие активатора аденилатциклазной системы, например гормона с рецептором (R_s), приводит к изменению конформации рецептора

· Увеличивается сродство рецептора к G_s-белку. Образуется комплекс гормон-рецептор.

· Присоединение комплекса гормон-рецептор к G_s-ГДФ снижает сродство α-субъединицы G_s-белка к ГДФ и увеличивает сродство к ГТФ. В активном центре α_s-субъединицы ГДФ замещается на ГТФ;

· Это вызывает изменение конформации α_s-субъединицы и снижение сродства к βγ-субъединицам

· Отделившаяся α_s-ГТФ субъединица латерально перемещается в липидном слое мембраны к центру связывания фермента аденилатциклазы

· Взаимодействие α_s- ГТФ субъединицы с аденилатциклазой приводит к изменению конформации фермента, его активации и увеличению скорости образования цАМФ из АТФ;

· В клетке повышается концентрация цАМФ – вторичного посредника гормонального сигнала

· Молекулы цАМФ могут обратимо соединяться с регуляторными субъединицами протеинкиназы А, которая состоит из 2 регуляторных и 2 каталитических субъединиц 

· Присоединение цАМФ к регуляторным субъединицам вызывает диссоциацию комплекса, каталитические субъединицы отделяются и становятся активными

· Активная протеинкиназа А с помощью АТФ фосфорилирует специфические

белки по серину и треонину, в результате изменяются конформация и активность

фосфорилированных белков, а это приводит к изменению скорости и направления

регулируемых ими процессов в клетке.

Каскадный механизм усиления и подавления сигнала. Передача сигнала от мембранного рецептора через G-белок на фермент аденилатциклазу служит примером каскадной системы усиления этого сигнала. Одна молекула, активирующая рецептор, может "включать" несколько G-белков, и затем каждый активирует несколько молекул аденилатциклазы с образованием тысяч молекул цАМФ. На этом этапе сигнал усиливается в 10²-10³ раз. Образующийся цАМФ "включают" другой фермент - протеинкиназу А, усиливая сигнал ещё в 1000 раз. Фосфорилирование ферментов протеинкиназой А ещё больше усиливает сигнал, в результате суммарное усиление равно 10⁶-10⁷ раз. Таким образом, по механизму каскадного усиления одна молекула регулятора способна изменить активность миллионов других молекул.

Инозитолфосфатная система

Инозитолфосфатная система включает 3 мембранных белка:

· R- рецептор активатора инозитолфосфатной системы – интегральный белок

· Фосфолипаза С - поверхностный белок

· G_plc – ГТФ-связывающий белок активирует фосфолипазу С – заякоренный белок

Работу системы обеспечивают белок кальмодулин, фермент протеин киназа С, регулируемые Са²⁺ -каналы мембраны ЭПР, Са²⁺ -АТФаза клеточной и митохондриальной мембран

Последовательность событий, приводящих к активации фосфолипазы С:

· связывание сигнальной молекулы, например гормона с рецептором (R), вызывает изменение конформации и увеличение сродства к G_р1с-белку.

· образование комплекса гормон-рецептор G_рlс-ГДФ приводит к снижению сродства α_рlс-протомера G_рlс-белка к ГДФ и увеличению сродства к ГТФ. В активном центре α_рlс-субъединицы ГДФ заменяется на ГТФ.

· это вызывает изменение конформации α_рlс-субъединицы и она отделяется от βγ-

субъединицы

· отделившаяся α- ГТФ субъединица латерально перемещается по мембране к центру связывания фермента фосфолипазы С.

· взаимодействие α- ГТФ субъединицы с фосфолиггазой С изменят конформацию и активность фермента, увеличивается скорость гидролиза фосфолипида клеточной мембраны фосфатидилинозитол-4,5-бисфосфата (ФИФ₂).

· в ходе гидролиза образуется и выходит в цитозоль гидрофильное вещество инозитол-1,4,5-трифосфат (ИФ₃). Другой продукт реакции диацилглицерол (ДАГ) остаётся в мембране и участвует в активации фермента протеинкиназы С (ПКС).

· инозитол-1,4,5-трифосфат (ИФ₃) связывается специфическими центрами Са²⁺-канала мембраны ЭР, это приводит к изменению конформации белка и открытию Са²⁺-канала. Са²⁺ по градиенту концентрации поступает в цитозоль. В отсутствие в цитозоле ИФ₃ канал закрыт.

Активация протеинкиназы С

· Повышение концентрации Са²⁺ в цитозоле клетки увеличивает скорость взаимодействия Са²⁺ с неактивным цитозольным ферментом протеинкиназой С (ПКС) и белком кальмодулином.

· Связывание протеинкиназы С с ионами кальция позволяет ферменту вступать в кальций-опосредованное взаимодействие с молекулами "кислого" фосфолипида мембраны, фосфатидилсерина (ФС). Диацилглицерол, занимая специфические центры в протеинкиназе С, ещё более увеличивает её сродство к ионам кальция.

· На внутренней стороне мембраны образуется ферментативный комплекс – (ПКС ▪ Са²⁺ ▪ ДАГ ▪ ФС) - активная протеинкиназа С, фосфорилирующая специфические ферменты по серину и треонину.