6. Механизмы передачи гормональных сигналов в клетках (мембранный и внутриклеточный механизмы).

1) Мембранный механизм передачи гормонального сигнала (срочный механизм): Гормоны (первичные посредники), связываясь с рецепторами на поверхности клеточной мембраны, образуют комплекс гормон-рецептор, который трансформирует сигнал первичного посредника в изменение концентрации вторичных посредников (цАМФ, ИФ3, Са2+).

Г ормоны, взаимодействие которых с рецептором клетки-мишени приводит к образованию цАМФ, действуют через 3хкомпонентную систему, которая вкл. белок-рецептор, G-белок и фермент аденилатциклазу.

Как происходит: Гормон, взаимодействуя с рецептором, образует комплекс, который приводит к активизации G-белка, который сост.из трех субъединиц (α, β и γ), α - субъединица связана с ГДФ. В составе G-белков α-субъединицы бывают двух типов по отношению к ферменту: активирующие αs и ингибирующие αi. В результате взаимодействия с рецептором β- и γ-субъединицы отщепляются, одновременно ГДФ заменяется на ГТФ. Активированная таким образом αS-субъединица стимулирует аденилатциклазу (в молекуле которой много аллостерических центров). Она катализирует расщепление АТФ с образованием цАМФ. Он активирует неактивную протеинкиназу, а та - неактивную фосфорилазу «в» в активную фосфорилазу «а», способствующую распаду гликогена до глюкозы, уровень которой в крови повышается.

Подобным образом осуществляется механизм активации других ферментов: липаз, протеаз.

Другая система, генерирующая цГМФ как вторичный посредник, сопряжена с ГЦ. Цитоплазматический домен такого типа рецепторов обладает активностью гуанилциклазы, которая катализирует реакцию образования цГМФ из ГТФ. Молекулы цГМФ могут активировать ионные каналы, либо активировать цГМФ-зависимую протеинкиназу G, участвующую в фосфорилировании др. белков. Нпр., фосфодиэтилэстераза, которая гидролизует цАМФ до АМФ, активируется в результате фосфорилирования цАМФ-зависимой протеинкиназой.

В отличие от аденилатциклазы, ГЦ имеет четыре разновидности, три из которых связаны с мембраной, четвертый – цитозольный. Мембраносвязанные формы гуанилатциклазы работают как рецепторы, обладающие каталитической активностью. Цитозольный фермент является димером и содержит в своем составе гем, он непосредственно взаимодействует в цитозоле с сигнальной молекулой (например, оксид азота).

2) Внутриклеточный механизм (хроническая регуляция): Так взаимодействуют гормоны стероидной природы и тиронины с клеткой.

Б удучи гидрофобными молекулами, они попадают в клетки путем простой диффузии и прочно связываются с рецепторами, расположенными в цитоплазме. Комплекс гормон-рецептор в некоторых случаях дополнительно модифицируется и активируется. Далее он проникает в ядро, где может связываться с ядерным рецептором. В результате гормон приобретает сродство к ДНК. Связываясь с гормончувствит. элементом в ДНК, гормон влияет на транскрипцию определенных генов и изменяет концентрацию РНК в клетке и со- ответственно количество определенных белков в клетке.

Рецепторы тиреоидных гормонов всегда связаны с ДНК. В отсутствие гормонов соотв. рецепторы ингибируют экспрессию генов. Напротив, взаимодействие с гормоном превращает их в активаторы транскрипции.

7. Вторичные посредники: цАМФ, цГМФ, Ca²⁺, кальмодулин, ИФ₃, ДАГ.

1) цАМФ: По аденилатциклазному механизму действуют гормоны гипофиза (ТТГ, ЛГ, МСГ, ФСГ. АКТГ), кальцитонин, соматостатин, глюкагон, паратгормон, адреналин (через α2- и β-адренорецепторы), вазопрессин (через V2-рецепторы).

1. Взаимодействие лиганда с рецептором приводит к изменению конформации последнего.

2. Это изменение передается на G-белок, который состоит из трех субъединиц (α, β и γ), α-субъединица связана с ГДФ. В составе G-белков α-субъединицы бывают двух типов по отношению к ферменту: активирующие αs и ингибирующие αi.

3. В результате взаимодействия с рецептором β- и γ-субъединицы отщепляются, одновременно ГДФ заменяется на ГТФ.

4. Активированная таким образом αS-субъединица стимулирует аденилатциклазу, которая начинает синтез цАМФ.

5. цАМФ – вторичный мессенджер – в свою очередь, взаимодействует с протеинкиназой А и активирует ее.

6. Протеинкиназа А фосфорилирует ряд ферментов, среди которых киназа фосфорилазы гликогена, гликогенсинтаза, ТАГ-липаза.

2 ) цГМФ: Другая система, генерирующая цГМФ, сопряжена с ГЦ. Молекулы цГМФ могут активировать протеинкиназу G, участвующую в фосфорилировании других белков в клетке. Например, ФДЭ активируется в результате фосфорилирования цГМФ-зависимой протеинкиназой G.

Синтез цАМФ и цГМФ четко регулируется так называемыми устраняющими механизмами (схема):

Образующиеся свободные АМФ и ГМФ не способны активировать ферменты.

3) Са2+: Повышение конц. Са2+ в цитозоле клетки увел. скорость взаимодействия Са2+ с неактивным цитозольным ферментом протеинкиназов С (ПКС) и белком кальмодулином, т.о. сигнал, принятый рецептором клетки, раздваивается.

Связывание протеинкиназы С с ионами Са2+ позволяет ферменту вступать в кальций-опосредованное взаимодействие с молекулами "кислого" фосфолипида мембраны, фосфатидилсерина.

4) Кальмодулин: Действие Са2+ опосредовано спец. Са2+-связывающими белками ("кальциевыми сенсорами"), к которым принадлежит кальмодулин, тропонин. Кальмодулин - небольшой белок (17 кДа). При связывании 4х ионов Са2+ кальмодулин переходит в активную форму,способную взаимодействовать с многочисленными белками. За счёт активации кальмодулина ионы Са2+ оказывают влияние на активность ферментов, ионных насосов и компонентов цитоскелета.

5) ИФ₃, ДАГ: Вторичные посердники кальций-фосфолипидного механизма. По этому механизму действуют вазопрессин (через V1-рецепторы), адреналин (через α1-адренорецепторы), ангиотензин II. Принцип работы этого механизма совпадает с предыдущим, но вместо аденилатциклазы мишеневым ферментом для α-субъединицы служит фосфолипаза С. Фосфолипаза С расщепляет мембранный фосфолипид фосфатидилинозитолдифосфат до вторичных мессенджеров инозитолтрифосфата (ИФ3) и диацилглицерола (ДАГ). Инозитолтрифосфат открывает кальциевые каналы в эндоплазмат. ретикулуме, что вызывает увеличение конц. ионов Cа 2+ в цитоплазме и активацию определенных кальций-связывающих белков (например, кальмодулина). Диацилглицерол совместно с ионами Са2+ активирует протеинкиназу С, участвующую в процессах клеточной пролиферации. Кроме этого, диацилглицерол имеет и другую сигнальную функцию: он может распадаться на 1-моноацилглицерол и полиеновую кислоту (обычно арахидоновую), из которой образуются эйкозаноиды.