Молек механізми проведення і підсилення рецепторного сигналу. Основні теорії рецепції. Вторинні месенджери. Механізми проведення та підсилення рецепторного сигналу.

Рецептори – це білкові молекули, у структурі яких є ділянки, що специфічно зв’язують молекули-регулятори. Рецептори локалізовані і на зовнішній поверхні мембрани клітини (до катехоламінів, пептидних гормонів), і у внутрішньоклітинному середовищі (стероїдні та тиреоїдині гормони). Реалізація сигналу через поверхневий клітинний рецептор здійснюється за допомогою кількох механізмів. До них належать зміна проникності мембрани до іонів, активація мультиензимного комплексу аденілатциклази, іонних каналів. У результаті проведення сигналу через клітинну мембрану клітини-мішені зростає концентрація другого посередника – фактора, що впливає на метаболізм у клітині (Са, сАМР, сGMP, ДАГ, арахідонова кислота, фосфорильовані похідні інозитолу). Різноманітність регуляторних молекул свідчить про існування у клітині ряду молекулярних механізмів проведення сигналу після утворення комплексу на поверхні клітинної мембрани. До таких механізмів належать аденілатциклазний, гуанілатциклазний та кальцієвий, що працює з використанням хемочутливих Са-каналів. Внутрішньоклітинні рецептори забезпечують специфічність сигналу, відбирається конкретна молекула-регулятор. Утворення комплексу з рецептором необхідне для активації молекулярних утворень (GTP-зв’язуючих білків, СаМ тощо), що забезпечує проведення сигналу. Один G-білок може про активувати 10-100 аденілатциклаз. Одна аденілатциклаза може каталізувати утворення до 1000 молекул сАМР. Т.ч. рецепторний сигнал може бути підсилений. В умовах максимальної стимуляції клітини-мішені внутрішньоклітинна концентрація вторинного месенджера зростає більш ніж у 100 разів. Але їх рівень визначається не лише активністю ферментів їх синтезу, а й катаболізму. сАМР та сGMP каталізуються під контролем фосфодіестерази циклічних нуклеотидів. Зниження концентрації вторинних месенджерів сприяє переведенню клітини у стан готовності для прийняття нового сигналу, тобто клітина знову набуває чутливості для мембранної відповіді на регуляторний сигнал. Підвищення концентрації циклічних нуклеотидів призводить до активації специфічних протеїназ, які можна розглядати як внутрішньоклітинні ефектори, що каналізують фосфорилювання рвзних білкових субстратів.

Циклічний АМФ (3' 5'-циклоаденозинмонофосфат, сАМР} синтезується мембранними аденілатциклазами - сімейством ферментів, що каталізують реакцію циклізації АТФ (АТР) з утворенням цАМФ і неорганічного пірофосфату. Активність аденілатциклази контролюється G-білками, які в свою чергу пов'язані з рецепторами, керованими зовнішніми сигналами. Більшість G-білків (Gs-білки) активують аденілатциклазу, деякі G-білки її інгібують (Gi-білки). Деякі аденілатциклази активуються комплексом Са2 + / кальмодулін.

цАМФ є аллостеричним ефектором протеїнкінази А (ПК-Α) та іонних каналів. У неактивному стані ПК-Α є тетрамером, дві каталітичні субодиниці (К-субодиниці), якого інгібовані регуляторними субодиницями (Р-субодиниці). При зв'язуванні цАМФ Р-субодиниці дисоціюють з комплексу і К-одиниці активуються. Фермент може фосфорилювати певні залишки серину і треоніну в більш ніж 100 різних білках, в тому числі у багатьох ферментах і факторах транскрипції. У результаті фосфорилювання змінюється функціональна активність цих білків.

Поряд з цАМФ функції вторинного мессенджера може виконувати і цГМФ (cGMP). Обидва мессенджера розрізняються по метаболізму і механізму дії.

Роль іонів кальцію

Концентрація іонів Са2+ в цитоплазмі клітини, що стимулюється дуже низька (10-100 нМ). Низький рівень підтримується кальцієвими АТФ-ази (кальцієвими насосами) і натрій-кальцієвими обмінниками. Різке підвищення концентрації іонів Са2+ в цитоплазмі (до 500-1000 нМ) відбувається в результаті відкривання кальцієвих каналів плазматичної мембрани або внутрішньоклітинних кальцієвих депо (гладкого і шорсткого ендоплазматичного ретикулума). Відкривання каналів може бути викликано деполяризацією мембран або дією сигнальних речовин, нейромедіаторів (глутамат і АТФ), вторинних мессенджерів (ІФ3 і цАМФ), а також речовини рослинного походження ріанодину. У цитоплазмі і клітинних органелах є безліч білків здатних пов'язувати Са2+, деякі з них виконують роль буфера.

Дія кальцію опосередкована спеціальними Са2+ -зв'язуючими білками («кальцієвими сенсорами»), до яких належать аннексин, кальмодулін і тропонін. Кальмодулін - порівняно невеликий білок (17 кДа) - присутній у всіх тваринних клітинах. При зв'язуванні чотирьох іонів Са2+ кальмодулін переходить в активну форму, здатну взаємодіяти з численними білками. За рахунок активації кальмодуліну іони Са2+ впливають на активність ферментів, іонних насосів і компонентів цитоскелету.

Інозит-1, 4, 5-трифосфат і діацилгліцерин

Гідроліз фосфатидилінозит-4, 5-дифосфату [ФИФ2 (PlnsP2)] фосфоліпазою С призводить до утворення двох вторинних мессенджерів: інозит-1, 4, 5-трифосфату та діацилгліцерину. Гідрофільний ІФ3 надходить в ендоплазматичний ретикулум і індукує вивільнення іонів Са2+ з запасаючих везикул. Ліпофільний ДАГ залишається в мембрані і активує протеїн C, яка в присутності Са2+ фосфорилює різні білкові субстрати, модулюючи їх функціональну активність