2. Участие аденилатциклазной системы в регуляции экспрессии генов.

3. Многие белковые гормоны: глюкагон, вазопрессин, паратгормон и др., передающие свой сигнал посредством аденилатциклазной системы, могут не только вызвать изменение скорости реакций путем фосфорилирования уже имеющихся в клетке ферментов, но и увеличивать или уменьшать их количество, регулируя экспрессию генов (рис. 4.12). Активная протеинкиназа А может проходить в ядро и фосфорилировать фактор транскрипции (СRЕВ). Присоединение фосфорного

Рис. 4.12. Аденилатциклазный путь, приводящий к экспрессии специфических генов

остатка повышает сродство фактора транскрипции (СRЕВ-(Р) к специфиче-ской последовательности регуляторной зоны ДНК-СRЕ (цАМФ-response element) и стимулирует экспрессию генов определенных белков.

Синтезированные белки могут быть ферментами, увеличение количества которых повышает скорость реакций метаболических процессов, или мембранными переносчиками, обеспечивающими поступление или выход из клетки определенных ионов, воды или других веществ.

Рис. 4.13. Инозитолфосфатная система

Работу системы обеспечивают белки: кальмодулин, фермент протеинкиназа С, Са²+-кальмодулин-зависимые протеинкиназы, регулируемые Са²+-каналы мембраны эндоплазматического ретикулума, Са²+-АТФазы клеточной и митохондриальной мембран.

Последовательность событий передачи сигнала первичных мессенджеров с помощью инозитолфосфатной системы

Связывание активатора инозитолфосфатной системы с рецептором (R) приводит к изменению его конформации. Повышается сродство рецептора к Gф_лс-белку. Присоединение комплекса первичный мессенджер-рецептор к Gф_лс-ГДФ снижает сродство аф_лс-субъединицы к ГДФ и увеличивает сродство к ГТФ. В активном центре аф_лс-субъединицы ГДФ замещается на ГТФ. Это вызывает изменение конформации субъединицы аф_лс и снижение сродства к субъединицам βγ, происходит диссоциация Gф_лс-белка. Отделившаяся субъединица аф_лс-ГТФ латерально перемещается по мембране к ферменту фосфолипазе С. Взаимодействие аф_лс-ГТФ с центром связывания фосфолипазы С изменяет конформацию и активность фермента, возрастает скорость гидролиза фосфолипида клеточной мембраны - фосфатидилинозитол-4,5-бисфосфа- та (ФИФ₂) (рис. 4.14).

Рис. 4.14. Гидролиз фосфатидилинозитол-4,5-бисфосфата (ФИФ₂)

В ходе реакции образуются два продукта - вторичные вестники гормонального сигнала (вторичные мессенджеры): диацилглицерол, который остается в мембране и участвует в активации фермента протеинкиназы С, и инозитол-1,4,5-трифосфат (ИФ₃), который, будучи гидрофильным соединением, уходит в цитозоль. Таким образом, сигнал, принятый рецептором клетки, раздваивается. ИФ₃ связывается специфическими центрами Са²⁺- канала мембраны эндоплазматического ретикулума (Э)), что приводит к изменению конформации белка и открытию Са²⁺-канала. Так как концентрация кальция в ЭР примерно на 3-4 порядка выше, чем в цитозоле, после открытия канала Са²⁺ по градиенту концентрации поступает в цитозоль. В отсутствие ИФ₃ в цитозоле канал закрыт. В цитозоле всех клеток содержится небольшой белок кальмодулин, имеющий четыре центра связывания Са²⁺. При повышении концентрации кальция он активно присоединяется к кальмодулину, образуя комплекс 4Са²⁺-кальмодулин. Этот комплекс взаимодействует с Са²⁺-кальмодулинзависимыми протеинкиназами, другими ферментами и повышает их активность. Активированная Са²+-кальмодулин-зависимая протеинкиназа фосфорилирует определенные белки и ферменты, в результате чего изменяется их активность и скорость метаболических процессов, в которых они участвуют. Повышение концентрации Са²⁺ в цитозоле клетки увеличивает скорость взаимодействия Са²+ с неактивным цитозольным ферментом протеинкиназой С (ПКС). Связывание ПКС с ионами кальция стимулирует перемещение белка к плазматической мембране и позволяет ферменту вступать во взаимодействие с отрицательно заряженными «головками» молекул фосфатидилсерина (ФС) мембраны. Диацилглицерол, занимая специфические центры в протеинкиназе С, в еще большей степени увеличивает ее сродство к ионам кальция. На внутренней стороне мембраны образуется активная форма ПКС (ПКС ? Са²+ ? ФС ? ДАГ), которая фосфорилирует специфические ферменты.

Включение ИФ-системы непродолжительно, и после ответа клетки на стимул происходит инактивация фосфолипазы С, протеинкиназы С и Са²+-кальмодулин-зависимых ферментов. аф_лс-Субъединица в комплексе с ГТФ и фосфолипазой С проявляет ферментативную (ГТФ-фосфатазную) активность, она гидролизует ГТФ. Связанная с ГДФ аф_лс-субъединица теряет сродство к фосфолипазе С и возвращается в исходное неактивное состояние, т.е. включается в комплекс αβγ-ГДФ Gф_лс-белок). Отделение аф_лс-ГДФ от фосфолипазы С инактивирует фермент и гидролиз ФИФ₂ прекращается. Повышение концентрации Са²⁺ в цитозоле активирует работу Са²⁺-АТФаз эндоплазматического ретикулума, цитоплазматической мембраны, которые «выкачивают» Са²+ из цитозоля клетки. В этом процессе принимают участие также Na+/Са²+- и Н+/Са²+-переносчики, функционирующие по принципу активного антипорта. Снижение концентрации Са²⁺ приводит к диссоциации и инактивации Са²⁺-кальмодулинзависимых ферментов, а также потере сродства протеинкиназы С к липидам мембраны и снижению ее активности. ИФ₃ и ДАГ, образовавшиеся в результате активации системы, могут снова взаимодействовать друг с другом и превращаться в фосфатидилинозитол- 4,5-бисфосфат. Фосфорилированные ферменты и белки под действием фосфопротеинфосфатазы переходят в дефосфорилированную форму, изменяется их конформация и активность.