АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

Роль фосфорилирования в эффектах цАМФ: протеинкиназы

Прочитайте:
  1. Насколько общей является роль фосфорилирования в эффектах цАМФ?
  2. Отдаленные последствия действия ионизирующей радиации. Понятие о стохастических и нестохастических эффектах ионизирующей радиации.
  3. Расскажите о физиологических эффектах стимуляторов.

Вслед за открытием цАМФ и анализом его роли в опосредовании эффектов глюкагона и адреналина на гликолиз было выяснено, что циклический нуклеотид принимает участие в регуляции разнооб­разных метаболических функций. Свидетельством тому служит глобальное присутствие цАМФ у прокариот и эукариот и его учас­тие в реакциях, связанных не только с действием гормонов [4]. Было установлено, что способность цАМФ активировать фосфорилазкиназу в печеночных клетках является общим свойством эукариотических клеток, в которых все эффекты цАМФ реализуются через фосфорилирование белковых субстратов. Подобно цАМФ в эукариотических клетках присутствует фермент, называемый цАМФ-зависимой протеинкиназой, который опосредует эффекты цАМФ на клеточный метаболизм [37]. У прокариот эффекты цАМФ реализуются через другой механизм — взаимодействие цАМФ-связывающих белков с регуляторными участками генома.

В животных тканях цАМФ-зависимая протеинкиназа катали­зирует фосфорилирование многих белковых субстратов, перенося фосфат с АТФ на специфические сериновые (и иногда треониновые) остатки. По данному месту фосфорилируется ряд известных белковых субстратов, в том числе ферменты, такие, как фосфорилазкиназа, гликогенсинтетаза и гормончувствительная липаза, и неферментные клеточные белки, такие, как гистоны, ядерные негистоновые, рибосомные белки, белки микротрубочек и мембран [38]. Большинство субстратов, обладающих ферментативной актив­ностью, существует либо в фосфо-, либо в дефосфоформах, взаимо­превращение которых из активного в неактивное состояние проис­ходит в результате согласованного действия протеинфосфокиназы и фосфопротеинфосфатазы. Протеинфосфокиназы, в том числе цАМФ-зависимая протеинкиназа, переносят g-фосфатную группу с АТФ на белковые субстраты, тогда как фосфопротеинфосфатазы катализируют гидролиз фосфопротеинов, отщепляя от них фосфат­ные группы. Этот цикл фосфорилирование—дефосфорилирование считается в настоящее время повсеместно распространенным меха­низмом регуляции метаболизма, причем применительно не только к ферментам, но и к сократительным реакциям, мембранным активностям и ядерным процессам. На функциональном уровне такие эффекты проявляются физиологическими процессами мышечного сокращения, секреции и деятельности нейронов.

Открытие Greengard того факта, что все животные клетки со­держат цАМФ-зависимую протеинкиназу, привело к созданию концепции, согласно которой разнообразные эффекты цАМФ реа­лизуются через этот единственный класс ферментов [39]. С этой точки зрения, специфичность опосредуемых цАМФ реакций опре­деляется характером протеинкиназы и особенно характером белко­вых субстратов, присутствующих в клетках данного типа. Счита­ется, что каждый белковый субстрат контролирует специфический метаболический или физиологический процесс, скорость которого увеличивается или уменьшается при фосфорилировании регуля­торного белка. Способ, с помощью которого фосфорилирование белка опосредует биологические эффекты гормонов и трансмитте­ров, действующих через цАМФ, представлен на рис. 4—12.

Следовало бы полагать, что для катализа фосфорилирования отдельных белковых субстратов при опосредовании многочислен­ных эффектов цАМФ должно существовать множество протеинки­наз. Однако в животных клетках идентифицировано лишь неболь­шое число основных форм этого фермента; поэтому специфичность каждой реакции фосфорилирования должна определяться локали­зацией и характером белкового субстрата. Протеинкиназы широко различаются по своей зависимости или независимости от цикличе­ских нуклеотидов (табл. 4—2).

 

 

Рис. 4—12. Общая схема действия пептидного гормона через аденилатцик­лазный и протеинкиназный метаболический путь, предполагающая конт­роль регуляторных белков с помощью фосфорилирования и дефосфорилирования (Greengard [37] в модификации).

 

Таблица 4—2. Классификация протеинкиназ

 

1. Ферменты, зависимые и не зависимые от циклических нуклеотидов

2. цАМФ- и цГМФ-зависимые ферменты

3. цАМФ-зависимые ферменты I и II типов

 

Протеинкиназы, не зависимые от циклических нуклеотидов, при­сутствуют во всех областях клетки и регулируются, по-видимому, другими внутриклеточными сигналами. Недавно обнаруженный класс протеинкиназ для своей активности требует присутствия липидных компонентов мембраны и кальция; ферменты этого клас­са могут быть частью трансмембранных контролирующих систем, регулируемых кальцием. Большинство контролируемых гормона­ми протеинкиназ клеток-мишеней зависит от цАМФ или (реже) от цГМФ. Такие зависимые от циклических нуклеотидов протеин­киназы сосредоточены в цитозоле, по встречаются также в плазма­тических мембранах и в других клеточных органеллах. Они акти­вируются микромолярными концентрациями циклических пурино­вых нуклеотидов (цАМФ и цГМФ) и быстро стимулируются при повышении продукции циклических нуклеотидов в результате дей­ствия гормона на клеточную мембрану. Оба типа зависимых от циклических нуклеотидов протеинкиназ активируются при связы­вании нуклеотида специальным участком фермента. цАМФ-зави­симая протеинкиназа в неактивной форме представляет собой тетрамер, состоящий из субъединиц двух типов: для связывания цАМФ и для катализа переноса фосфата. Неактивный тетрамер состоит из двух связывающих, или регуляторных (Р), субъединиц и двух ферментных, или каталитических (К), субъединиц. При связывании цАМФ с Р2-субъединицами тетрамер Р2К2 диссоциирует, высвобождая активные каталитические субъединицы, обла­дающие фосфотрансферазной активностью [38]. Эту реакцию мож­но представить следующим образом:

 

Р2К2 (неактивная) + 4цАМФ «Р2•цАМФ4 + 2К (активная).

 

После своего образования свободная К-субъединица обнаружива­ет функциональное сходство с цАМФ-независимыми протеинкина­зами, но ее можно отличить по характерному размеру (молекуляр­ная масса 38000) и реакции на термостабильный ингибиторный белок, который блокирует ее каталитическую активность и пред­отвращает рекомбинацию с регуляторной субъединицей. Каталити­ческие субъединицы, по всей вероятности, едины во всех формах цАМФ-зависимых протеинкиназ, тогда как регуляторные субъеди­ницы обнаруживают индивидуальные особенности. Считается, что регуляторные субъединицы, высвобождающиеся при диссоциации протеинкиназы, остаются в виде Р2-димера и позднее подвергаются повторной ассоциации со свободными каталитическими субъедини­цами, в результате чего восстанавливается неактивный голофермент. В отсутствии цАМФ регуляторные и каталитические субъ­единицы связаны друг с другом с высоким сродством и в физиоло­гических условиях присутствуют преимущественно в виде неактив­ного голофермента [40]. цГМФ-зависимые протеинкиназы вначале были обнаружены у беспозвоночных, но позднее их нашли и в тканях млекопитающих, где они функционируют иным образом, чем цАМФ-зависимый фер­мент. Их сродство к цАМФ гораздо ниже, чем к цГМФ, а фермен­тативная активность обычно также уступает таковой цАМФ-зави­симого фермента. Активация осуществляется путем связывания цГМФ регуляторным участком фермента, причем считают, что подобно цАМФ-зависимой протеинкиназе этот фермент также диссоциирует с высвобождением активной каталитической единицы. Недавно была установлена гомология между двумя формами зави­симых от циклических нуклеотидов ферментов, что привело к мыс­ли об их общем эволюционном происхождении из примитивной фосфотрансферазы [41].

Растворимые формы цАМФ-зависимой протеинкиназы из тка­ней млекопитающих с помощью ионообменной хроматографии уда­ется разделить на два главных типа (табл. 4—3).

Протеинкиназа I типа имеет менее кислый оптимум, быстро диссоциирует под влиянием субстрата (гистонов) или высокой концентрации соли (0,5 М NaCl) и медленно реассоциирует после вызванной цАМФ диссоциации. Фермент II типа имеет более кис­лый оптимум и медленнее диссоциирует под действием гисто­нов и соли, но быстро реассоциирует, образуя неактивный олигомер. В большинстве тканей присутствуют обе формы протеинкиназ, но их соотношение в клетках разного типа варьирует. Так, в скелетной мышце кролика преобладает фермент I типа, а в сердеч­ной мышце крупного рогатого скота—фермент II типа. Оба голофермента обычно сходны по составу и молекулярной массе субъдиниц: каждая связывает по две молекулы цАМФ, а их катали­тические субъединицы, по всей вероятности, идентичны. Различия касаются молекулярной массы и функции регуляторных субъединиц, причем главное различие заключается в том, что фермент I типа связывает Mg-АТФ, тогда как фермент II типа катализи­рует фосфорилирование своей собственной регуляторной субъеди­ницы за счет АТФ. Связывание АТФ ферментом I типа снижает его сродство к цАМФ и, по-видимому, способствует сохранению неактивного состояния фермента. Субъединица I типа, хотя и свя­зывает АТФ, не фосфорилируется каким бы то ни было фермен­том, что отличается от «аутофосфорилирования», свойственного ферменту II типа [42].

 

Таблица 4—3. Свойства цАМФ-зависимой протеинкиназы

 

  Тип I Тип II
Тканевой источник Скелетная мышца кро­лика Клетки Лейдига крысы Сердечная мышца быка Сердечная мышца свиньи Головной мозг быка
Структура субъединиц Р2К2 P2K2
Молекулярная масса        
Голофермент 165 000  
Р2    
К    
Элюция с ДЭАЭ-целлюлозы 0,1 М NaCl 0,2 М NaCl
Диссоциация под дейст­вием соли и гистонов Быстрая Медленная
Реассоциация после уда­ления цАМФ Медленная Быстрая

 

 

Функциональное значение этих двух эффектов на Р-субъединицы не ясно, хотя фосфорилирование ферментов II типа могло бы представлять собой эволюционно более позднюю форму связыва­ния субстрата (АТФ), характерного и для фермента I типа. Фос­форилирование протеинкиназы II типа сопровождается снижени­ем скорости воссоединения диссоциированных Р- и К-субъединиц. Таким образом, фосфорилирование могло бы служить фактором контроля за активностью диссоциированного фермента и регули­ровать скорость восстановления его неактивной формы. Ускорение дефосфорилирования Р-субъединицы должно было бы способство­вать рекомбинации голофермента Р2К2, приводящей к высвобож­дению и разрушению цАМФ. Таким способом могла бы осуществ­ляться регуляция соотношения активного и неактивного ферментов в отсутствие изменений концентрации цАМФ. Другая возможность заключается в том, что ферменты II типа, участвующие в быстрых циклах метаболических процессов, что наблюдается в сердечной и нервной тканях, приобрели способность более тонко регулировать­ся (инактивироваться) эффектами этапа фосфорилирования: дефосфорилирование на регуляторную субъединицу по механизму ультракороткой обратной связи.

После установления роли цАМФ-зависимой протеинкиназы в фосфорилировании и активации фосфорилазы киназы было пока­зано, что этот фермент фосфорилирует основные белки, в том чис­ле гистоны, казеин и протамин, как и многие денатурированные белки (такие, как протеин яичного белка, лизоцим и бычий сыво­роточный альбумин), в своем нативном состоянии не являющиеся субстратами фосфорилирования. Небольшие основные пептиды так­же фосфорилируются этим ферментом, как и синтетические пеп­тидные последовательности, сходные с участками фосфорилирова­ния нативных и денатурированных белковых субстратов. Эти дан­ные указывают на то, что реакция фосфорилирования, осущест­вляемая протеинкиназой, является не слишком специфичной в от­ношении аминокислотных последовательностей отдельных белков, но обладает сравнительно высокой специфичностью по отношению к остаткам серина, локализованным в определенных участках пер­вичной аминокислотной последовательности многих белков. При анализе структур, необходимых для фосфорилирования, обнаружи­ли, что пептидные субстраты протеинкиназы обладают двумя близ­ко расположенными основными аминокислотами, одной из которых является аргинин, локализующийся через 2—5 остатков от фосфо­рилируемого серинового остатка на аминоконцевой стороне пеп­тида [43].

В физиологически важных белковых субстратах цАМФ-зависимой протеинкиназы были определены две формы аминокислотной последовательности на участке фосфорилирования

 

В этих последовательностях на месте Х может стоять любая аминокислота, хотя остатки, располагающиеся в непосредственной близости к серину, обычно имеют гидрофобные боковые цепи. Уча­сток фосфорилирования I типа, где основные аминокислоты отде­лены от серина двумя остатками, присутствует в b-субъединице фосфорилазы киназы и в гликогенситетазе. Участок II типа ним промежуточным остатком) присутствует в пируваткиназе и регуляторной субъединице цАМФ-зависимой протеинкиназы II типа. Поскольку скорость фосфорилирования главным образом зависит от сравнительно часто встречающейся первичной последо­вательности на определенном участке пептидной цепи, специфич­ность отдельных белков как субстратов фосфорилирования должна определяться их вторичной и третичной (т. е. трехмерной) кон­формацией, которая может ограничивать присутствие потенциально фосфорилируемых участков для каталитической единицы фер­мента. Предполагаемая роль вторичной структуры в определении субстратной специфичности сводится к положению фосфорилируе­мого серина на гидрофильной поверхности белкового субстрата, в сформированных водородными связями складках b-структуры, которая может быть «узнана» протеинкиназой [44].

 


Дата добавления: 2015-02-05 | Просмотры: 1045 | Нарушение авторских прав



1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | 19 | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 | 31 | 32 | 33 | 34 | 35 | 36 | 37 | 38 | 39 | 40 | 41 | 42 | 43 | 44 | 45 | 46 | 47 | 48 | 49 | 50 | 51 | 52 | 53 | 54 | 55 | 56 | 57 | 58 | 59 | 60 | 61 | 62 | 63 | 64 | 65 | 66 | 67 | 68 | 69 | 70 | 71 | 72 | 73 | 74 | 75 | 76 | 77 | 78 | 79 | 80 | 81 | 82 | 83 | 84 | 85 | 86 | 87 | 88 | 89 | 90 | 91 | 92 | 93 | 94 | 95 | 96 | 97 | 98 | 99 | 100 | 101 | 102 | 103 | 104 | 105 | 106 | 107 | 108 | 109 | 110 | 111 | 112 | 113 | 114 | 115 | 116 | 117 | 118 | 119 | 120 | 121 | 122 | 123 | 124 | 125 | 126 | 127 | 128 | 129 | 130 | 131 | 132 | 133 | 134 | 135 | 136 | 137 | 138 | 139 | 140 | 141 | 142 | 143 | 144 | 145 | 146 | 147 | 148 | 149 | 150 | 151 | 152 | 153 | 154 | 155 | 156 | 157 | 158 | 159 | 160 | 161 | 162 | 163 | 164 | 165 | 166 | 167 | 168 | 169 | 170 | 171 | 172 | 173 | 174 | 175 | 176 | 177 | 178 | 179 | 180 | 181 | 182 | 183 | 184 | 185 | 186 | 187 | 188 | 189 | 190 | 191 | 192 | 193 | 194 | 195 | 196 | 197 | 198 | 199 | 200 | 201 | 202 | 203 | 204 | 205 | 206 | 207 | 208 | 209 | 210 | 211 | 212 | 213 | 214 | 215 | 216 | 217 | 218 | 219 | 220 | 221 | 222 | 223 | 224 | 225 | 226 | 227 | 228 | 229 | 230 | 231 | 232 | 233 | 234 | 235 | 236 | 237 | 238 | 239 | 240 | 241 | 242 | 243 | 244 | 245 | 246 | 247 | 248 | 249 | 250 | 251 | 252 | 253 | 254 | 255 | 256 | 257 | 258 | 259 | 260 | 261 | 262 | 263 | 264 | 265 | 266 | 267 | 268 | 269 | 270 | 271 | 272 | 273 | 274 | 275 | 276 | 277 | 278 | 279 | 280 | 281 | 282 | 283 | 284 | 285 | 286 | 287 | 288 | 289 | 290 | 291 | 292 | 293 | 294 | 295 | 296 | 297 | 298 | 299 | 300 | 301 | 302 | 303 | 304 | 305 | 306 | 307 | 308 | 309 | 310 | 311 | 312 | 313 | 314 | 315 | 316 | 317 | 318 | 319 | 320 | 321 | 322 | 323 | 324 | 325 | 326 | 327 | 328 | 329 | 330 | 331 | 332 | 333 | 334 | 335 | 336 | 337 | 338 | 339 | 340 | 341 | 342 | 343 | 344 | 345 | 346 | 347 | 348 | 349 | 350 | 351 | 352 | 353 | 354 | 355 | 356 | 357 | 358 | 359 | 360 | 361 | 362 | 363 | 364 | 365 | 366 | 367 | 368 | 369 | 370 | 371 | 372 | 373 | 374 | 375 | 376 | 377 | 378 | 379 | 380 | 381 | 382 | 383 | 384 | 385 | 386 | 387 | 388 | 389 | 390 | 391 | 392 | 393 | 394 | 395 | 396 | 397 | 398 | 399 | 400 | 401 | 402 | 403 | 404 | 405 | 406 | 407 | 408 | 409 | 410 | 411 | 412 | 413 | 414 | 415 | 416 | 417 | 418 | 419 | 420 | 421 | 422 | 423 | 424 | 425 | 426 | 427 | 428 | 429 | 430 | 431 | 432 | 433 | 434 | 435 | 436 | 437 | 438 | 439 | 440 | 441 | 442 | 443 | 444 | 445 | 446 | 447 | 448 | 449 | 450 | 451 | 452 | 453 | 454 | 455 | 456 | 457 | 458 | 459 | 460 | 461 | 462 | 463 | 464 | 465 | 466 | 467 | 468 | 469 | 470 | 471 | 472 | 473 | 474 | 475 | 476 | 477 | 478 | 479 | 480 | 481 | 482 | 483 | 484 | 485 | 486 | 487 | 488 | 489 | 490 | 491 | 492 | 493 | 494 | 495 | 496 | 497 | 498 | 499 | 500 | 501 | 502 | 503 | 504 | 505 | 506 | 507 | 508 | 509 | 510 | 511 | 512 | 513 | 514 | 515 | 516 |



При использовании материала ссылка на сайт medlec.org обязательна! (0.005 сек.)