Внутриклеточная рецепция

Стероидные и тиреоидные гормоны обладают липофильными свойствами и легко проходят через клеточные мембраны. Рецепторы этих веществ находятся в цитозоле или в ядре клетки (внутриклеточные рецепторы).

Комплекс гормона с рецептором образуется в цитозоле, а затем поступает в ядро (слайд 29). Например, рецепторы глюкокортикоидов образуют в цитозоле комплекс с шапероном, что препятствует связыванию рецептора с молекулой ДНК. Взаимодействие гормона с рецептором приводит к снижению сродства к белкам-шаперонам, отделяющимся от комплекса гормон-рецептор. Комплекс гормон-рецептор проходит в ядро и взаимодействует с регуляторной нуклеотидной последовательностью в ДНК. Соответственно изменяются скорость транскрипции структурных генов и скорость трансляции. Следовательно, изменяется количество белков, которые могут влиять на метаболизм и функциональное состояние клетки.

Комплекс «гормон – рецептор» может образоваться непосредственно в ядре (слайд 30). Рецепторы тиреоидных гормонов всегда связаны с ДНК. В отсутствие гормонов соответствующие рецепторы ингибируют экспрессию генов. Напротив, взаимодействие с гормоном превращает их в активаторы транскрипции.

Взаимодействие со специфическим участком ДНК обеспечивает центральный домен рецептора. Этот домен содержит аминокислотную последовательность, образующую 2 "цинковых пальца".

Эффекты гормонов, которые передают сигнал через внутриклеточные рецепторы, нельзя наблюдать сразу, так как на протекание матричных процессов (транскрипцию и трансляцию) требуются часы.

Гормоны обеспечивают коммуникацию (обмен информацией) между разными клетками и органами. В результате действия этих механизмов достигается координация метаболизма и функций разных клеток и органов и адекватная реакция организма на изменения внешней среды.

В роли внеклеточных сигналов могут действовать не только гормоны, но и ряд других веществ — цитокины, биогенные амины, нейромедиаторы и др.

Клеточные мембраны благодаря наличию специальных рецепторов воспринимают сигналы из внешней среды (например, молекулы гормонов, называемые первичными мессенджерами, или посредниками). Первое звено действия гормона на клетку-мишень - его присоединение к рецептору данного гормона - интегральному белку мембраны, имеющему на наружной поверхности мембраны центр связывания гормона; далее сигнал передается внутрь клетки при участии других специальных белков мембраны, а также белков цитозоля (вторичных мессенжеров). По своей химической природе рецепторы почти всех биологически активных веществ оказались гликопротеинами. Общим свойством всех рецепторов является их высокая специфичность по отношению к одному определенному гормону.

Наиболее изученным является аденилатциклазный путь передачи гормонального сигнала.

Аденилатциклазная мессенджерная система (слайд 26).

В ней задействованы: 1) рецептор гормона; 2) фермент аденилатциклаза; 3) G-белок; 4) цАМФ-зависимая протеинкиназа; 5) фосфодиэстераза.

Гидрофильные молекулы (адреналин), молекулы белковых гормонов не могут проникать через мембрану клетки. Их рецепторы расположены на мембране. Связывание гормона (первичного мессенджера) с рецептором приводит к структурным изменениям внутриклеточного домена рецептора, что обеспечивает взаимодействие рецептора с ГТФ-связывающим белком (G-белком). G-белок представляет собой смесь 2 типов белков: активного G_s(от англ. stimulatory) и ингибиторного G_i. В составе каждого из них имеется три разные субъединицы (α, β и γ). Функция G-белка - проведение гормонального сигнала на уровне плазматической мембраны. Гормонрецепторный комплекс переводит G_s-белок в активированное состояние, активный G-белок активирует аденилатциклазу. В отсутствие G-белка аденилатциклаза практически неактивна.

Аденилатциклаза представляет собой интегральный белок плазматических мембран, его активный центр ориентирован в сторону цитоплазмы. Аденилатциклаза катализирует реакцию синтеза из АТФ цАМФ (вторичного мессенджера), который запускает каскадный механизм активирования внутриклеточных белков (слайд 27).

Под действием цАМФ неактивная протеинкиназа переходит в активную форму. Этот фермент катализирует фосфорилирование внутриклеточных ферментов или белков-мишеней, соответственно изменяя их активность. Процесс фосфорилирования-дефосфорилирования белков при участии протеинкиназ является общим фундаментальным механизмом действия «вторичных» мессенджеров внутри клетки. Это т.н. посттрансляционная химическая модификация белковых молекул, изменяющая как их структуру, так и функции, в конечном итоге определяющая скорость химических реакций и в целом функциональную активность клеток.

В клетках открыт большой класс цАМФ-зависимых протеинкиназ, названных протеинкиназами А; они катализируют перенос фосфатной группы на ОН-группы серина и треонина (серин-треонин-киназы). Другой класс протеинкиназ, в частности активируемый инсулиновым рецептором, действует только на ОН-группу тирозина

Фосфодиэстераза вызывает распад цАМФ и тем самым прекращает действие сигнала.

Инозитолфосфатная система (слайд 28) включает 3 основных мембранных белка: рецептор гормона, фосфолипаза С, белок G_plc, активирующий фосфолипазу.

Связывание гормона с рецептором приводит к изменению его конформации и увеличению сродства с белком G_plc. Он представляет собой триммер, состоящий из субъединиц α, β и γ. При участии ГТФ комплекс «гормон - рецептор – G-белок» диссоциирует с освобождением a-субъединицы. Она взаимодействует с фосфолипазой С и активирует ее. Субстрат этого фермента - фосфатидилинозитол 4,5 бисфосфат (ФИФ). В инозитолфосфатной системе в роли вторичных мессенджеров участвуют инозитол 1,4,5 трисфосфат (ИФ-3), диацилглицерин (ДАГ) и ионы Са²⁺. ИФ-3 выходит в цитозоль. ДАГ остается в мембране и участвует в активации фермента протеинкиназы С. ИФ-3 связывается с кальциевым каналом мембраны ЭПР, канал открывается, и ионы Са²⁺ поступают в цитозоль. Увеличивается скорость взаимодействия ионов Са²⁺ с неактивной протеинкиназой С и белком кальмодулином.

На внутренней стороне мебраны образуется комплекс «протеинкиназа С - Са²⁺ - ДАГ – фосфолипаза С». Происходит активирование протеинкиназы С, которая фосфорилирует ферменты по остаткам серина и треонина и меняет их активность.