3.4. Основные системы вторых посредников
В 60-е годы прошлого века Э. Сазерленд сформулировал концепцию вторых посредников в действии ряда гормонов. Первый посредник – это гормон, он передает сигнал между клетками, а второй посредник – это цАМФкоторый передаёт сигнал внутри клетки. Вторыми посредниками являются цАМФ, цГМФ, ДАГ, ИФ3 , Са2+ и др. (рис.13). Процессов, которые регулируются вторыми посредниками очень много. Внутриклеточные эффекты вторых посредников делятся на универсальные и специализированные. К универсальным эффектам относят: изменение проницаемости мембран, модификация и изменение активности белков, воздействие на матричные синтезы, деление и дифференцировка клеток, апоптоз. Специализированные эффекты реализуются в определенных клетках. Например, возбудимость – это свойство нейронов, сократимость – свойство всех видов мышц; секреция – свойство желез и одиночных клеток, способных к секреции; иммунные реакции свойственны лимфоцитам, и наконец, для тромбоцитов характерно явление агрегации.
Внутриклеточные эффекты реализуются во всех живых организмах – от бактерий до любой клетки организма. Но с момента, когда организм стал многоклеточным, появилась необходимость в межклеточных сигналах. Передача меж- и внеклеточных сигналов может осуществляться не только гормонами, но и другими веществами, например, клетки реагируют на глюкозу, тромбин или белки матрикса, на взаимодействие с другими клетками. Если клетка крови (нейтрофил или тромбоцит) контактирует с клетками эндотелия или сперматозоид с яйцеклеткой, то через особые рецепторы включается система вторых посредников. Внешние сигналы: свет, запах, вкус, – также действуют через системы вторых посредников.
Рис.13.Системы вторых посредников и протеинкиназ
Система цАмф
Через систему цАМФ действуют амины,пептиды и белки, а также ПГ I2 и Е2; запах и вкус, т.е типичные внешние сигналы, которые воспринимаются не гормональными рецепторами, а рецепторами органов чувств. Гормон на наружной стороне мембраны связывается со своим рецептором, который сопряжен с G-белком. Дальше сигнал передается на эффекторный белок – аденилилциклазу (АЦ), расположенную на внутренней стороне мембраны. Она активируется и катализирует образование цАМФ из АТФ. Далее цАМФ активирует ферментпротеинкиназуА(ПКА). Она фосфорилирует белки. Активность фосфорилированного белка меняется: либо увеличивается, либо уменьшается. Возвращение белка в исходное состояние происходит при участии ферментов протеинфосфатаз. ПКА состоит из регуляторных и каталитических субъединиц, при этом регуляторные субъединицы угнетают каталитические. При действии цАМФ фермент диссоциирует, каталитические субъединицы растормаживаются и фосфорилируют белки, меняя их активность (например, при фосфорилировании возрастает активность киназы фосфорилазы – ключевого фермента распада гликогена). С другой стороны, фосфорилирование не всегда приводит к активации, например,синтез гликогена тормозится (инактивируется фермент синтеза гликогена – гликогенсинтаза).
Амины, пептиды, белки, ПГ I2 и Е2, запах, вкус увеличивают концентрацию цАМФ. А такие гормоны как КА (через α2-рецепторы), дофамин (D2-рецепторы), ГАМК (ГАМКВ-рецепторы), аденозин (А1-рецепторы), опиоиды, соматостатин, снижают количество цАМФ. Это достигается тем, что первая группа гормонов вовлекает в работу Gs-стимулирующийG-белок. Наоборот, вторая группа гормонов действует через Gi-белок (ингибирующий), который тормозит АЦ и снижает концентрацию цАМФ. Т.о., регуляция АЦ является двойственной, в результате концентрация цАМФ может, как увеличиваться, так и снижаться.
Некоторые бактериальные токсины используют эти механизмы. Холерный вибрион выделяет токсин, который в энтероцитах взаимодействует с Gs-белком и необратимо его активирует, в результате необратимо активируется АЦ, т.е. она начинает работать безостановочно, нарабатывая слишком много цАМФ. Это приводит к накоплению в просвете кишечника солей и воды и вызывает понос. В результате возникает обезвоживание и обессоливание организма, опасное для жизни. Коклюшный токсин действует иначе: связывается с Gi-белком и инактивирует его, вызывая накопление цАМФ. Холерный и коклюшный токсины нарушают регуляцию АЦ вследствие АДФ-рибозилирования G-белков. Коклюшный и сибиреязвенный токсины содержат растворимую АЦ (фактор отека), образуемый ею цАМФ может вызывать интоксикацию.
цАМФ разрушается при действии фермента ФДЭ, который переводит 3′,5′-АМФ в 5′-АМФ. Ингибиторы ФДЭ вызывают накопление цАМФ. Так действуют некоторые негликозидные кардиотоники (милренон). Цилостазол – антитромбическое, сосудорасширяющее, антимитогенное и кардиотоническое средство. Ингибиторы ФДЭ цикло- и пикламиласт расслабляют бронхи и,кроме того, обладают противовоспалительным действием. Они полезны и при хронической обструктивной болезни легких и ревматоидном артрите.