Циклические нуклеотиды

цАМФ синтезируется аденилатциклазой, активность которой контролируется G-белками, которые в свою очередь сопряжены с рецепторами третьего типа. цАМФ активирует цАМФ-зависимую протеинкиназу, которая катализирует фосфорилирование специфических клеточных белков. Протеинкиназа состоит из 4- субъединиц: 2-х регуляторных (R) и 2-х каталитических (C). Тетрамер протеинкиназы неактивен. 2 молекулы цАМФ присоединяются к каждой R-субъединице и вызывают диссоциацию комплекса с высвобождением С-субъединиц, которые обладают каталитической активностью. Активная протеинкиназа фосфорилирует клеточные белки: ферменты (изменение активности), ядра и рибосом (изменение транскрипции и трансляции) и мембран (изменение проницаемости). Кроме того, комплекс R-субъединицы протеинкиназы и цАМФ может проникать в ядро и влиять на экспрессию генов.

Снятие гормонального сигнала

Диссоциация гормон-рецепторного комплекса вызывает изменение конформации рецептора и возвращение ее в первоначальное состояние. a-субъединица проявляет ГТФ-азную активность и происходит гидролиз ГТФ до ГДФ и Pн. a-субъедицина отсоединяется от аденилатциклазы и реассоциирует с bg-субъединицами.

Концентрация цАМФ в клетке снижается в результате гидролиза цАМФ до АМФ под действием фермента фосфодиэстеразы. Фосфодиэстераза активируется ионами кальция. Некоторые лекарственные препараты, например, метилированные производные ксантина (кофеин, эуфиллин) ингибируют фосфодиэстеразу и тем самым потенцируют действие гормонов. Дефосфорилирование ферментов катализируется протеинфосфатазами.

Гуанилатциклаза существует в 2-х формах – растворимой и мембранносвязанной и катализирует образование цГМФ. Часто действие цАМФ и цГМФ противоположно. цГМФ связывается с цГМФ-зависимой протеинкиназой и активирует ее, что приводит к фосфорилированию специфических белков, в частности, белков гладкой мускулатуры (легкая цепь миозина). В результате происходит расслабление гладких мышц и расширение сосудов. Так действуют, например, атриальный натрийуретический фактор, ряд соединений, например, нитроглицерин, нитрит натрия, азид натрия и др.

Ионы Са²⁺

Концентрация внеклеточного кальция (Са²⁺) составляет 5 ммоль/л и регулируется очень строго. Внутриклеточная концентрация свободного кальция равна 0,1-10 мкмоль/л, а количество Са²⁺, связанного с внутриклеточными органеллами (митохондриями и ЭПР), колеблется в пределах 1-20 мкмоль/л. Несмотря на этот 5000-10000-кратный концентрационный градиент, вход кальция в клетки резко ограничен. При накоплении в клетке слишком большого количества Са²⁺ образуется малорастворимая соль фосфата кальция, и прекращается любая продукция и утилизация АТФ.

Изменение концентрации Са²⁺ в цитозоле происходит по 3-м механизмам. Ряд гормонов повышает проницаемость мембраны для Са²⁺ и тем самым увеличивает вход в клетку Са²⁺. Это может происходить по механизму Na⁺/Са²⁺-обмена, обладающему большой емкостью, но низким сродством к Са²⁺. Существует также зависимый от АТФ-азы Са²⁺/2Н⁺ насос, обеспечивающий выведение Са²⁺ из клетки в обмен на Н⁺. Этот механизм характеризуется высоким сродством к Са²⁺, но малой емкостью и отвечает за тонкую регуляцию уровня Са²⁺ в цитозоле. Третий механизм – мобилизация Са²⁺ митохондрий и ЭПР.

Са²⁺ в клетке связывается с кальций-зависимым регуляторным белком – кальмодулином (мол. масса 17 000 Д). Кальмодулин содержит 4 участка связывания Са²⁺. Связывание Са²⁺ с кальмодулином вызывает конформационные изменения белка, что определяет способность кальмодулина активировать или инактивировать ферментов. Комплекс Са²⁺ с кальмодулином может изменять активность ферментов одним из двух способов: 1) путем прямого взаимодействия с ферментом-мишенью или 2) через активируемую этим комплексом протеинкиназу. Действие последней полностью аналогично эффектам цАМФ-зависимой протеинкиназы, но белки-мишени могут различаться. Кальмодулин часто оказывается одной из многочисленных субъединиц сложных белков (например, в состав киназы фосфорилазы, переводящей фосфорилазу из неактивной формы в активную).