ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Рецепторы лекарств из "Фармакокинетика" Водорастворимые сигнальные молекулы, в том числе все известные нейрорегуляторы, пептидные гормоны и многие другие лекарства присоединяются к специфическим белковым рецепторам на поверхности клеток-мишеней. Поверхностные рецепторы связывают сигнальную молекулу (лиганд), проявляя большое сродство к ней, и это внеклеточное событие порождает внеклеточный сигнал, изменяющий поведение клетки. Поскольку указанные рецепторы являются нерастворимыми интегральными мембранными белками и составляют обычно менее 1 % общей массы белков плазматической мембраны, их трудно выделить и изучить. [c.52] Попытки использовать радиоактивные лиганды для выявления рецепторов на поверхности клеток-мишеней начались в 50-х годах, однако сразу возникли два затруднения введение изотопа (обычно радиоактивного йода или трития) в сигнальную молекулу сильно ослабляет ее функциональную активность, большая часть лиганда связывалась с поверхностью клетки-мишени неспецифически, и только малая доля присоединялась к рецепторам. Преодоление указанных трудностей позволило в 1970 г. прямо продемонстрировать наличие специфических рецепторов на поверхности интактных клеток и на изолированных мембранах. [c.52] Используя лиганды, меченные радиоактивными атомами, флуоресцентными красителями или электроноплотными молекулами (например, ферритином), мы можем изучать количество, расположение и свойства поверхностных рецепторов, а также прослеживать судьбу образующегося комплекса рецептора с лигандом. [c.52] Было показано, что число рецепторов конкретного лиганда может варьировать в пределах от 500 до 100 000 и более на клетку сразу после связывания лиганда рецепторы могут либо располагаться на плазматической мембране случайным образом, либо скапливаться в определенных ее участках. [c.53] Как показали эксперименты с мечеными лигандами, многие из белковых сигнальных молекул попадают внутрь клеток-мишеней путем эндоцитоза, опосредованного рецепторами (рис. 2.1). Например, инсулин связывается с рецепторами, диффузно распределенными на поверхности фибробластов. За считанные минуты инсулин-рецепторные комплексы концентрируются в окаймленных клетках и переходят в цитоплазму в эндоцитозных пузырьках (эндосомах). Следует помнить, что опосредуемый рецепторами эндоцитоз обычно приводит к переносу внеклеточных молекул в лизосомы. Для того чтобы интересующие нас гидрофильные молекулы могли попасть в цитозоль, им потребовался бы специальный механизм выхода из эндоцитозного пузырька или лизосомы. [c.53] Можно путем прямого эксперимента показать, что, по крайней мере, некоторые сигнальные молекулы могут влиять на клетки, не проникая в них. Например, эффект инсулина можно в точности воспроизвести с помощью специфических антител, присоединяющихся к инсулиновым рецепторам на поверхности клеток-мишеней. Поэтому хотя инсулин в норме и эндоцитируется, однако он не может сам по себе служить внутриклеточным сигналом. Эти наблюдения показывают, что инсулин не должен непременно проникать внутрь клетки, чтобы воздействовать на нее. Не исключается, что внутриклеточными сигналами служат сами поверхностные рецепторы данного гормона, поскольку рецепторы обычно эндоцитируются и в комплексе с гормоном, и в комплексе с антителом (рис. 2.1). [c.53] Реакция на многие гидрофильные сигнальные молекулы наступает слишком быстро, чтобы их действие можно было объяснить эндоцитозом с участием рецепторов. Тучные клетки секретируют гистамин уже через несколько секунд после связывания лиганда с поверхностными рецепторами, а реакция на некоторые нейромедиаторы продолжается миллисекунды. В этих случаях рецепторы должны передавать воздействие через мембрану и создавать новый внутриклеточный сигнал. [c.53] Второй способ действия рецепторов состоит в том, что они открывают или закрывают регулируемые ионные каналы плазматической мембраны. Здесь возможны два механизма создания сигнала 1) изменение в состоянии каналов порождает небольшой и непродолжительный ток ионов, что приводит к кратковременному изменению мембранного потенциала 2) открытие каналов приводит к значительному притоку ионов в цито юль, что, в свою очередь, вызывает внутриклеточную реакцию. Первый механизм работает главным образом в электрически активных клетках, например в нейронах и мышечных волокнах. Так, большинство нейромедиаторов регулирует мембранный потенциал постсинаптической клетки, открывая или закрывая ионные каналы ее плазматической мембраны падение мембранного потенциала ниже определенного порогового уровня вызывает взрывную деполяризацию мембраны (потенциал действия), которая быстро распространяется по всей мембране постсинаптической клетки. Изменения мембранного потенциала не сопровождаются за.метными изменениями концентраций ионов в цитозоле, так что исходный сигнал, полученный постсинаптической мембраной, не превращается в истинный внутриклеточный сигнал до тех пор, пока распространяющийся потенциал действия не дойдет до нервного окончания. Плазматическая мембрана нервного окончания содержит потенциалзависимые каналы для Са . Вызванная потенциалом действия временная деполяризация мембраны открывает эти каналы, и ионы кальция устремляются внутрь окончания вниз по своему очень электрохимическому градиенту, выполняя роль вторичного посредника, запускающего секрецию нейромедиаторов. [c.56] Многие животные клетки, не обладающие электрической активностью, имеют поверхностные рецепторы, функционально связанные с Са -каналами плазматической мембраны. Присоединение лиганда активирует эти рецепторы, каналы открываются, что позволяет ионам Са попасть в цитозоль, где они послужат вторичными посредниками. [c.56] Для того чтобы сАМР мог служить внутриклеточным медиатором, его концентрация в клетке (обычно 10 М) должна строго контролироваться и в то же время быстро изменяться в ответ на определенные внеклеточные сигналы. САМР синтезируется из АТР фер.ментом аденилат-циклазой, связанным с плазматической мембраной клетки, но быстро расщепляется одним или несколькими внутриклеточными ферментами — фосфодиэстеразами, которые гидролизуют его до аденозин-5 -монофосфата (5 -АМР). Поверхностные рецепторы, для которых сАМР служит внутриклеточным посредником, действуют, изменяя (обычно стимулируя) активность аденилатциклазы, а не фосфодиэстеразы. [c.57] Поскольку каждый тип животных клеток реагирует на повышение концентрации сАМР каким-то своим характерным образом, любой лиганд, активирующий аденилат-циклазу в вышеупомянутой клетке, обычно вызывает одну и ту же реакцию. Это можно объяснить двояко либо рецептор каждого типа тесно связан в плазматической мембране с собственной молекулой аденилатциклазы, либо различные рецепторы имеют общий пул молекул данного фермента. В пользу второго предположения говорят опыты с трансплантацией рецепторов. Например, рецепторы адреналина, выделенные из солюбилизированных детергентами плазматических мембран, можно поместить в плазматическую мембрану других клеток, не имеющих собственных рецепторов для адреналина. Такие пересаженные рецепторы после активации нх гор.моном способны к функциональному взаимодействию с аденилатцик пазой (рис. 2.3). [c.57] Чтобы поддержать данное сильно неравновесное состояние, проникновение Са в клетку должно постоянно компенсироваться его удалением. Это достигается в основном с помощью мембранной Са — АТР-азы, которая использует энергию гидролиза АТР для откачивания ионов кальция из клетки. В некоторых клетках Са активно выводят и другие мембранные насосы. Процесс осуществляется за счет перехода внутрь клетки ионов Ыа (принцип антипорта). Свой вклад в удаление из цитозоля свободного Са вносят не только различные мембранные транспортные системы, но и многие связывающие кальций молекулы небольшие (фосфат) и крупные (Са -связы-вающий белок). [c.61] Повышение концентрации свободных ионов Са в цитозоле, происходящее при воздействии сигнала, всегда непродолжительно. В случае с сАМР реакция кратковременна из-за того, что GTP-связывающий белок гидро-тизует GTP и перестает активировать аденилатцнклазу, а фосфодиэстеразы быстро разрушают избыточный сАМР. В случае Са каналы открываются лишь на короткое время, а вошедшие в цитозоль ионы Са быстро откачиваются оттуда и связываются внутриклеточными молекулами. [c.63] Хотя сАМР и кальций — не единственные внутриклеточные медиаторы внеклеточных сигналов, они используются в качестве вторичных посредников столь часто, что механизм их действия заслуживает специального рассмотрения. [c.63] Лучше всего охарактеризован открытый первым Са -связываюший белок, играющий важную роль в сокращении скелетной мускулатуры тропонин С. Родственный кальций-связывающий белок кальмодулин был обнаружен во всех до сих пор изученных клетках животных и растений Этот эволюционно консервативный белок оказался вездесущим внутриклеточным рецептором ионов Са , он участвует в большинстве известных регулируемых кальцием процессах в эукариотических клетках. Кальмодулин — это полипептид из 148 аминокислот, сходный по их последовательности с тропонином С, подобно которому имеет четыре центра с высоким сродством к Са и при связывании с указанным ионом претерпевает значительное конформационное изменение. [c.65] К белкам, регулируемым кальмодулином при участии Са , относятся некоторые фосфодиэстеразы циклических нуклеотидов и аденилатциклаза, а также мембранные АМР-азы, киназа фосфорилазы и др. [c.65] Например, Са -зависимая активация фосфодиэстеразы циклических нуклеотидов, аденилатциклазы и некоторых мембранных Са АМР-аз происходит в результате связывания комплекса Са -кальмодулин с регуляторной субъединицей каждого из этих ферментов. Таким образом, реакция клетки-мишени на увеличение концентрации свободных ионов Са в цитозоле зависит от того, какие кальмодулин-связывающие белки имеются в данной клетке. Поскольку кальмодулин может принимать различные конформации (в зависимости от числа связанных ионов Са ), не исключено, что разные конфор.мации взаимодействуют с разными клеточными белками. Таким путем кальмодулин мог бы в принципе вызывать различную реакцию клеток при разных концентрациях свободных ионов кальция в цитозоле. [c.66] Вернуться к основной статье