G – белки

Гуанидиннуклеотидсвязывающие регуляторные белки, или G– белки, ответственны за передачу сигналов множества гормонов или нейромедиаторов к разнообразным мишеням клетки. ЧетыреG– белка были очищены до гомогенного состояния и биохимически охарактеризованы:G_t(трансдуцин),G_s,G_iиG_o. Оказалось, что каждый из них имеет уникальные мишени или эффекторные белки.G_tактивирует сGMP– специфическую фосфодиэстеразу в наружных сегментах палочек сетчатки;G_sиG_iсоответственно стимулируют и ингибируют аденилатциклазу и присутствуют во всех клетках;G_oпредставлен в большом количестве в клетках мозга и, по – видимому, ингибирует электрочувствительный Са²⁺- канал в нейронах. Кроме того, почти, несомненно, имеются и другие пока не выделенныеG– белки.G– белокG_p, вероятно, использует в качестве мишени фосфатидилионозитолспецифичную фосфолипазу С, которая инициирует быстрый распад фосфатидилинозиола в плазматической мембране и образование нескольких вторичных посредников. Существует белокG_k, который, по – видимому, открывает К⁺- специфические каналы в сердечной мышце и в других клетках.G– белки внутри клетки могут отвечать на связывание лиганда с одним из нескольких рецепторов. Они могут иметь больше одной мишени.

Все четыре выделенных белка являются αβγ – гетеротримерами. У них довольно большие различия между субъединицами. Имеются, например, три α – субъединицы. β – субъединиц пока известно, как минимум 2. Имеются также сведения, что существенные различия обнаружены и в γ – субъединицах. α – субъединицы связывают GTPи обладаютGTPазной активностью при отсоединении от βγ – субъединичной пары. α - Субъединица также содержит сайт, по которому может происходить АDP– рибозилирование бактериальными экзотоксинами.G_i,G_oиG_t(трансдуцин) модифицируются коклюшным токсином, аG_sиG_t– холерным токсином. Эта ковалентная модификация блокирует фосфорилированиеG– белка и служит одним из тестов на участиеG– белков в качестве интермедиатов в клеточных ответах.

Все G– белки прочно связаны с плазматической мембраной, за исключением трансдуцина. Ни одна из субъединиц не является трансмембранным белком.

Обновление фосфатидилинозитола и вторичные посредники

Наиболее широкораспрастранёнными мишенями G– белков являются аденилатциклаза (дляG_sиG_i) и фосфолипаза С, ответственная за гидролиз фосфатидилинозитола (дляG_p). Модуляция аденилатциклазы приводит к изменению внутриклеточной концентрации сАМР, которая, как известна, служит вторичным посредником, влияя на множество внутриклеточных процессов. Одним из последствий увеличения содержания сАМР является, например, стимуляция сАМР – зависимой протеинкиназы (протеинкиназа А), которая в свою очередь фосфорилирует специфические белковые субстраты. Клетки содержат также два типа Са²⁺- зависимых протеинкиназ, активируемых соответственно Са²⁺- кальмодулином и Са²⁺вместе с диацилглицеролом и фомфатидилсерином (протеинкиназаС). Активность обоих киназ регулируется вторичными посредниками, образующими при деградации фосфатидилинозитола, которая во многих клетках инициируется путемG– белокзависимой активации специфической фосфолипазы С.

На долю фосфатидилинозитола приходится лишь 2 – 8% всех фосфолипидов, содержащихся в клеточных мембранах эукариотов. Структура полярной головки представлена миоинозитолом. Данное соединение впервые было выделено из мышц. Небольшая часть фосфотидилинозитола фосфорилирована по положению 4 или по положениям 4 и 5. От 1 до 10% фосфатидилинозитола, присутствующего в мембране, приходится на долю фосфотидилинозитол(4,5) – бифосфата. Этот компонент является, вероятно, первой мишенью для фосфотидилинозитолспецифичной фосфолипазы С, которая активируется во многих клетках G– белком. Последующий гидролиз приводит к быстрому распаду фосфатидилинозитола в плазматической мембране и кратковременному возрастанию количества продуктов распада. Продукты распада действуют как вторичные посредники и участвуют во многих клеточных процессах. Исследование этой системы ещё не закончено, но последовательность событий такова:

1. Начальными продуктами гидролиза фосфотидилинозитол(4,5) – бифосфата являются диацилглицерол и инозитол (1,4,5) – трифосфат. Диацилглицерол связан с мембраной, а инозитол(1,4,5) – трифосфат является растворимым компонентом. Обычно жирные кислоты фосфотидилинозитола представлены стеариновой в положении 2 и арахидоновой кислотой в положении 2 глицерола.

2. Инозитол(1,4,5) – трифосфат служит вторичным посредником, и его основной функцией, по – видимому, является мобилизация Са²⁺, аккумулированного в эндоплазматическом ретикулуме. Возможно, этот компонент путём прямого связывания открывает Са²⁺- специфичные каналы в ЭПР, что приводит к увеличению концентрации Са²⁺в цитоплазме в несколько раз. Обычно концентрация свободного кальция в цитоплазме составляет 0,1 мкМ.

3. Специфичная киназа превращает некоторое количество инозитол(1,4,5) – трифосфата в тетрафосфорилированный продукт (инозитол(1,3,4,5) – тетрафосфат). Образуются также другие, в том числе циклические фосфоинозиды, и некоторые из них имеют определённое физиологическое значение.

4. Одним из ферментов, регулируемых Са²⁺, является фосфолипаза С, которая при низкой концентрации кальция использует в качестве субстрата фосфотидилинозитол(4,5) – бифосфат, но при более высокой концентрации кальция использует нефосфорилированный фосфатидилинозитол. Возможно, это облегчает непосредственный быстрый гидролиз основной части фосфатидилинозитола.

5. Наиболее важным ферментом является протеинкиназа С. этот фермент локализован преимущественно в цитозоле до момента появления там диацилглицерола и Са²⁺. Затем в зависимости от присутствия фосфотидилсерина он связывается с плазматической мембраной и активируется. Эффекты сходные с действием диацилглицерола, оказывают форболовые эфиры, и протеинкиназу С часто рассматривают как рецептор этих соединений. В активированном состоянии протеинкиназа С является серин – и треонинспецифичной протеинкиназой, которая фосфорилирует как специфические мишени, так и саму себя. Механизм регуляции работы протеинкиназы С неизвестен; установлено лишь, что ганглиозиды и лизосфинголипиды ингибируют этот фермент, а, кроме того, ещё и выделен ингибитор белковой природы.

6. Дацилглицерол может подвергаться дальнейшей деградации под действием диацилглицероллипазы до арахидоновой кислоты, которая окисляется до множества биологически активных метаболитов, называемых эйкозаноидами и включающих простагландины. Хотя сама арахидоновая кислота является вторичным посредником, неясно, насколько существенен для её образования фосотидилинозитолспецифичный, зависимый от фосфолипазы С путь. Арахидоновая кислота может образовываться из множества фосфолипидов при действии фосфолипазы А₂. В некоторых типах клеток путь биосинтеза с участием фосфолипазы А₂более важен.

Исходя из вышесказанного, можно утверждать, что при функционировании этой системы образуются, по меньшей мере, три известных вторичных посредника: диацилглицерол, инозитол(1,4,5) – трифосфат и арахидоновая кислота. Каждый из этих посредников выполняет специфические функции, включая увеличение содержания внутриклеточного кальция и активацию кальций – зависимых протеинкиназ.