Вторичные мессенджеры

Вторичные мессенджеры, или посредники, это внутриклеточные вещества, концентрация которых строго контролируется гормонами, нейромедиаторами и другими внеклеточными сигналами (см. с. 372). Такие вещества образуются из доступных субстратов и имеют короткий биохимический полупериод. Наиболее важными вторичными мессенджерами являются цАМФ (сAMP), цГМФ (cGTP), Са²⁺, инозит-1,4,5-трифосфат [ИФ₃ (lnsP₃)], диацилглицерин [ДАГ (DAG)] и монооксид азота (NO).

А. Циклический АМФ

Биосинтез. Нуклеотид цАМФ (3',5'-циклоаденозинмонофосфат, сАМР} синтезируется мембранными аденилатциклазами [1] — семейством ферментов, катализирующих реакцию циклизации АТФ (АТР) с образованием цАМФ и неорганического пирофосфата. Расщепление цАМФ с образованием АМФ (AMP) катализируется фосфодиэстеразами [2], которые ингибируются при высоких концентрациях метилированных производных ксантина, например кофеином.

Активность аденилатциклазы контролируется G-белками, которые в свою очередь сопряжены с рецепторами третьего типа, управляемыми внешними сигналами (см. с. 372). Большинство G-белков (G_s-белки) активируют аденилатциклазу, некоторые G-белки ее ингибируют (G_i-белки). Некоторые аденилатциклазы активируются комплексом Са²⁺/кальмодулин.

Механизм действия. цАМФ является аллостерическим эффектором протеинкиназ А (ПК-Α) [3] и ионных каналов (см. с. 372). В неактивном состоянии ПК-Α является тетрамером, две каталитические субъединицы (К-субъединицы) которого ингибированы регуляторными субъединицами (Р-субъединицы) (аутоингибирование). При связывании цАМФ Р-субъединицы диссоциируют из комплекса и К-единицы активируются. Фермент может фосфорилировать определенные остатки серина и треонина в более чем 100 различных белках, в том числе во многих ферментах (см. с. 158) и факторах транскрипции. В результате фосфорилирования изменяется функциональная активность этих белков.

Наряду с цАМФ функции вторичного мессенджера может выполнять и цГМФ (cGMP) (см. с. 346). Оба соединения различаются по метаболизму и механизму действия.

Б. Роль ионов кальция

Уровень ионов кальция. Концентрация ионов Са²⁺ в цитоплазме нестимулированной клетки очень низка (10-100 нМ). Низкий уровень поддерживается кальциевыми АТФ-азами (кальциевыми насосами) и натрий-кальциевыми обменниками. Резкое повышение концентрации ионов Са²⁺ в цитоплазме (до 500-1000 нМ) происходит в результате открывания кальциевых каналов плазматической мембраны или внутриклеточных кальциевых депо (гладкого и шероховатого эндоплазматического ретикулума). Открывание каналов может быть вызвано деполяризацией мембран или действием сигнальных веществ, нейромедиаторов (глутамат и АТФ, см. с. 342), вторичных мессенджеров (ИФ₃ и цАМФ), а также вещества растительного происхождения рианодина. В цитоплазме и клеточных органеллах имеется множество белков способных связывать Са²⁺, некоторые из них выполняют роль буфера.

При высокой концентрации в цитоплазме ионы Са²⁺ оказывает на клетку цитотоксическое действие. Поэтому уровень кальция в отдельной клетке испытывает кратковременные всплески, увеличиваясь в 5-10 раз, а стимуляция клетки увеличивает лишь частоту этих флуктуаций.

Действие кальция опосредовано специальными Са²⁺-связывающими белками («кальциевыми сенсорами»), к которым принадлежат аннексин, кальмодулин и тропонин (см. с. 326). Кальмодулин — сравнительно небольшой белок (17 кДа) — присутствует во всех животных клетках. При связывании четырех ионов Са²⁺ (на схеме голубые кружочки) кальмодулин переходит в активную форму, способную взаимодействовать с многочисленными белками. За счет активации кальмодулина ионы Са²⁺ оказывают влияние на активность ферментов, ионных насосов и компонентов цитоскелета.

B. Инозит-1,4,5-трифосфат и диацилглицерин

Гидролиз фосфатидилинозит-4,5-дифосфата [ФИФ₂ (PlnsP₂)] фосфолипазой С [4] приводит к образованию двух вторичных мессенджеров: инозит-1,4,5-трифосфата и диацилглицерина. Гидрофильный ИФ₃ поступает в эндоплазматический ретикулум [ЭР (ЕR)] и индуцирует высвобождение ионов Са²⁺ из запасающих везикул. Липофильный ДАГ остается в мембране и активирует протеинкиназу C, которая в присутствии Са²⁺ фосфорилирует различные белковые субстраты, модулируя их функциональную активность.

• Вторичный мессенджер - биохимический справочник