Системная реабилитология

Кроме вторичных посредников, в клетках имеется специальная система, выступающая в качестве сопрягающего звена между активированным рецептором и эффекторной молекулой-ферментом, ответственной за изменение концентрации одного или нескольких вторичных посредников в клетке. Основой этой системы являются G-белки, специальные структурные белковые комплексы, обратимо связывающиеся с гуаниловыми нуклеотидами (ГДФ и ГТФ) и выполняющие сопрягающую функцию между рецептором гормона и структурным ферментом, например, аденилатциклазой (АЦ). В клетке имеются многие разновидности G-белков. Некоторые из них активируются специфическими для них гормонорецепторными комплексами. Другие могут быть активированы несколькими различными гормонорецепторными комплексами. Например, адреналин и глюкагон, связываясь с различными рецепторами, активируют одинаковый вид G-белка в клетках печени. Их эффекты аддитивны, так как совместная стимуляция клеток адреналином и глюкагоном приводит к достижению гораздо большей концентрации ц-АМФ в цитоплазме, чем активация одним из них.

Одной из причин наличия в клетке системы Gs-белков могла быть необходимость усиления первичного сигнала и повышение, таким образом, надежности работы механизма передачи сигнала внуктрь клетки. Другой причиной является нужда в дополнительных уровнях контроля над внутриклеточной системой передачи сигналов. Gs-белок позволяет создать два вида усиления. В простейшем случае активированный белковый рецептор может в принципе успеть за время, пока гормон связан с рецептором, «столкнуться» со многими молекулами Gs-белка (и тем самым активировать их), а они затем вызовут активацию многих молекул ферментов. Однако в ряде случаев внеклеточный лиганд не может находиться в связи со своим рецептором достаточно длительное время, чтобы мог сработать этот механизм усиления: некоторые лиганды, например, отделяются от своих рецепторов быстрее, чем за секунду. Между тем сам Gs-белок, как полагают, остается активным более 10—15 с, прежде чем произойдет гидролиз связанного с ним ГТФ. Таким образом, он будет удерживать АЦ в активном состоянии довольно долго даже после прекращения действия внеклеточного сигнала.

G-белки не только усиливают сигнал, но и служат важным звеном, где может регулироваться процесс активации внутриклеточных ферментов. Эффективность взаимодействия между рецепторами и ферментом может быть изменена ковалентной модификацией G-белка или изменением его концентрации в плазматической мембране. Например, АЦ, как известно, может не только активироваться, но и ингибироваться гормонами и нейромедиаторами. Так же как и стимуляция, гормональное ингибирование осуществляется через ГТФ-связывающий белок. Поскольку он ингибирует АЦ, его назвали Gi-белком.

Было установлено, что Gs-белок состоит из трех различных субъединиц: α, β и γ (Gαβγ), то есть является гетеротриммерным белком. В клетке всегда имеется некоторое количество ГТФ и ГДФ. Субъединица α Gs-белка в присутствии ионов Мg в состоянии покоя всегда связана с ГДФ, образуя комплекс Gα-ГДФ-βγ. Способность связываться с ГДФ, а не с ГТФ, у Gs-белка в покое всегда выше.

Преобразование сигнала, опосредованное G-белками, начинается с активации рецептора специфическим гормоном, который индуцирует конформационное изменение рецептора, приводящее к его активации. Активированный рецептор способен взаимодействовать с гетеротриммером Gα-ГДФ-βγ и катализировать отделение ГДФ от Gα-субъединицы с последующим связыванием ее с ГТФ. Но после связывания с ГТФ сродство Gs-белка к рецептору уменьшается, и это приводит сначала к отделению субъединицы Gα-ГТФ от комплекса Gβγ-рецептор, а потом и к распаду всего комплекса Gs-белок—рецептор. Это, в свою очередь, приводит к потере активности и освобождению рецептора от гормона. В дальнейшем Gα-ГТФ может связываться с молекулой определенного эффекторного белка, в частности, увеличивается сродство комплекса Gα-ГТФ (субъединица G-белка, связанная с ГТФ) к ферменту на внутренней стороне мембраны — аденилатциклазе (АЦ), которую Gα-ГТФ активирует. Так как G-белок обладает собственной ГТФ-азной активностью, то через некоторое время ГТФ гидролизуется до ГДФ, что приводит к отделению Gα-ГДФ от АЦ, прекращению процесса ее активации и восозданию исходного комплекса Gα-ГДФ-βγ, готового к новому связыванию с рецептором. Описан и другой механизм, по которому G-белки могут активировать эффекторные системы. Так, некоторые изоформы АЦ и фосфолипазы С могут быть активированы очищенными Gβγ-комплексами. Таким образом; один G-белок может быть источником двух совершенно разных комплексов сигнализации: Gα-ГТФ и Gβγ.