Автор текста Анисимова Е.С.
Авторские права защищены. Продавать текст нельзя.
Курсив не зубрить.
Замечания можно присылать по почте: exam_bch@mail.ru
https://vk.com/bch_5
См. сначала п. 95 1.
ПАРАГРАФ 95 2:
«цАМФ: синтез и действие через протеинкиназу А».
Содержание параграфа:
1. цАМФ и протеинкиназа А.
2. Механизм активации протеинкиназы А под действием цАМФ.
3. Действие ПК А на белки
4. Д в о й н а я р е г у л я ц и я АЦ.
Таким образом, активация Gs белка приводит к …
Активация Gi белка, наоборот, приводит к …
Gs активируется: …
Gi активируется: …
5. Действие бактериальных токсинов на G-белки.
Действие коклюшного токсина на АЦ.
О последствиях накопления цАМФ при действии холерного токсина (п.110):
6. Как глюкагон повышает [глюкозы] в крови. Механизм действия.
7. Принцип каскадного усиления
8. Разрушение цАМФ и ингибирование его разрушения.
1. цАМФ и протеинкиназа А.
цАМФ синтезируется из АТФ
при отщеплении от АТФ двух фосфатов
и образовании фосфодиэфирной связи между атомом О в 3-м положении рибозы
и фосфатом в 5-м положении рибозы;
из-за этой связи такая форма АМФ называется циклической и обозначается цАМФ.
Фермент, который катализирует образование цАМФ, называется АДЕНИЛИЛ/ЦИКЛАЗОЙ (АЦ).
Чем активнее АЦ, тем больше цАМФ.
цАМФ активирует протеинкиназу А (ПК А),
протеинкиназа А фосфорилирует белки, в
результате чего изменяются конформация и активность белков;
белки начинают или прекращают работать,
в результате чего начинаются или прекращаются процессы,
осуществляемые этими белками,
то есть возникает ответ клетки на изменение концентрации цАМФ.
2. Механизм активации протеинкиназы А под действием цАМФ.
ПК состоит из двух регуляторных субъединиц (Р) и двух каталитических (К),
причем регуляторные и каталитические могут быть соединены (образуя тетрамер)
и могут быть отделены друг от друга.
Каталитические субъединицы называются каталитическими потому,
что способны катализировать фосфорилирование белков.
Регуляторные называются регуляторными потому,
что регулируют активность каталитических.
Когда регуляторные и каталитические субъединиц связаны (образуя тетрамер),
каталитические субъединицы не могут работать,
то есть регуляторные являются ингибиторами каталитических.
Таким образом, в состоянии тетрамера ПК А не активна.
Регуляторные ингибируют каталитические за счет того, что влияют на конформацию каталитических.
Когда регуляторные субъединицы отсоединяются от каталитических,
конформация каталитических изменяется так, что каталитические могут работать.
Отсоединение регуляторных субъединиц от каталитических
происходит тогда, когда с регуляторными субъелиницами связывается цАМФ:
цАМФ так изменяет конформацию регуляторных,
что регуляторные отсоединяются от каталитических.
Т.о. цАМФ активирует ПК А.
Кратко: цАМФ связывается с регуляторными субъединицами ПК А,
в результате чего регуляторные субъединицы отсоединяются от каталитических;
после этого каталитические могут работать:
фосфорилировать белки и изменять их активность.
3. Действие ПК А на белки
Некоторые белки после фосфорилирования протеинкиназой А
активируются, а некоторые инактивируются.
Пример белка, активность которого снижается после фосфорилирования протеинкиназой А – это гликоген/синтаза.
Снижение активности гликоген/синтазы приводит к замедлению синтеза гликогена (из глюкозы),
что целесообразно при голоде и стрессе,
когда глюкоза нужна мозгу и другим тканям в качестве источника энергии
(при голоде и стрессе активность ПК А в клетках увеличивается).
Примеры белков, активность которых после фосфорилирования протеинкиназой А увеличивается:
Киназа фофорилазы гликогена, триглицерид/липаза, холестерол/десмодаза, CFTR.
Активация киназы фосфорилазы гликогена
приводит к тому, киназа фосфорилирует фосфорилазу гликогена,
активированная фосфорилаза гликогена начинает расщепление гликогена,
что приводит к образованию глюкозы в печени и АТФ в мышцах;
образованная в печени глюкоза выходит в кровь и доставляется к мозгу, позволяя ему жить и работать.
Активация триглицерид/липазы приводит к ускорению расщепления жира, что
1) дает жирные кислоты для выработки энергии в тканях,
2) приводит к похудению.
CFTR – кистофиброзный трансмембранный регулятор проводимости (ионов хлорида через мембрану клетки наружу) – п.110.
Кроме ферментов, ПК А фосфорилирует другие белки:
ионные каналы, транскрипционные факторы и т.д.
Изменение активности фермента тирозин/гидроксилазы
приводит к изменению синтеза ДОФА
(субстрата для синтеза дофамина, норадреналина, адреналина, меланина – п.68).
4. Д в о й н а я р е г у л я ц и я АЦ G-белками.
Это выражение означает, что
активность АЦ может как повышаться, так и снижаться,
так как АЦ регулируется двумя типами G-белков:
белок, который активирует АЦ, называется Gs белком (s – стимулирующий),
а белок, который ингибирует АЦ, называется Gi белком.
Gs белок – это активатор АЦ,
а Gi белок – это ингибитор АЦ.
Таким образом, активация Gs белка приводит
1) к активации АЦ,
2) синтезу цАМФ активированной АЦ,
3) накоплению цАМФ и
4) активации ПК А,
5) фосфорилированию белков.
Активация Gi белка, наоборот, приводит к:
1) ингибированию АЦ,
2) прекращению синтеза цАМФ,
3) снижению [цАМФ] в клетке,
4) ПК А не активируется,
5) белки не фосфорилируются (те, которые могли бы фосфорилироваться под действием ПК А).
Gs активируется:
1) рецептором глюкагона при связывании с ним глюкагона,
2) ;-адреноцепторами при связывании с ними адреналина или норадреналина
(НА действует через ;1-адренорецепторы, а адреналин через ;1 и ;2),
3) рецепторами тропинов при связывании с ними тропинов,
4) рецепторами ПГ Е2 и I2 при связывании с ними ПГ,
5) другими комплексами гормонов со своими рецепторами.
Все перечисленные гормоны через указанные рецепторы активируют Gs белок,
что приводит к активации им АЦ, синтезу ею цАМФ, активации циклическим АМФ протеинкиназы А, фосфорилированию протеинкиназой А белков, изменению активности белков и процессов.
Все это приводит к увеличению активности большинства клеток.
Gi активируется:
1) M2-рецептором ацетилхолина при связывании с ним АХ,
2) ;2-адреноцепторами при связывании с ними адреналина или норадреналина,
3) некоторыми рецепторами опиоидов при связывании с ними опиоидов (или агонистов),
4) рецепторами Тх А2 при связывании с ними Тх,
5) рецепторами соматостатина при связывании с ними соматостатина,
6) другими комплексами гормонов со своими рецепторами.
Все перечисленные гормоны через указанные рецепторы активируют Gi белок,
что приводит к тому, что
АЦ не синтезирует цАМФ,
цАМФ нет (мало),
ПК А не активируется,
белки не фосфорилирует.
Все это приводит к уменьшению активности большинства клеток.
Поэтому действие через Gi белок –
один из механизмов действия гормонов,
снижающих активность клеток, т.ч. нервных,
то один из механизмов действия ингибиторных нейротрансмиттеров
(см. действие ингибиторных нейротрансмиттеров в п. 97).
Напоминание:
рецепторы, активирующие G белки,
1) могут активироваться не только гормонами, но и агонистами,
2) бывают активными без гормона (конститутивными).
5. Действие бактериальных токсинов на G-белки.
Действие коклюшного токсина на АЦ.
Поскольку коклюшный токсин ингибирует Gi белок,
этот Gi белок не может ингибировать АЦ –
в результате АЦ работает дольше нужного,
образует много цАМФ.
Коклюшный токсин «ломает тормоз АЦ, и без тормозов АЦ работает излишне активно».
Таким образом, и холерный токсин, и коклюшный токсин
приводят к накоплению цАМФ, хоть и действуют на разные G-белки.
О последствиях накопления цАМФ при действии холерного токсина (п.110):
накопление цАМФ приводит к открытию каналов для натрия и хлорида,
эти ионы выходят из клеток кишечника в полость кишечника,
за ними по осмотическому принципу идет вода,
что приводит при холере к диарее и потере организмом солей и воды (обессоливанию и обезвоживанию).
Сниженная способность белка-транспортера хлорида (CFTR) к транспорту хлорида
приводит к замедленной потере хлорида и воды организмом
и увеличивает шансы выжить при заражении возбудителем холеры.
Так бывает у гетерозигот с мутантным геном CFTR – это пример мутации, увеличивающей жизнеспособность;
но гомозиготы с мутантным геном CFTR не доживают до взрослого возраста из-за кистофиброза.
6. Как глюкагон повышает [глюкозы] в крови. Механизм действия.
1. Глюкагон связывается с рецептором и активирует рецептор (образуется комплекс глюкагона и его рецептора).
2. Активированный глюкагоном рецептор активирует Gs белок.
3. Активированный Gs белок активирует АЦ.
4. Активированная АЦ синтезирует цАМФ.
5. Синтезированный цАМФ активирует ПК А (связываясь с ее регуляторными субъединицами).
6. Активированная ПК А фосфорилирует белки, в т.ч. киназу фосфорилазы, которая в результате активируется.
7. Активированная киназа фосфорилазы фосфорилирует фосфорилазу и активирует ее.
8. Активированная фосфорилаза гликогена начинает расщепление гликогена.
9. Расщепление гликогена печени приводит к образованию глюкозы.
10. Глюкоза поступает в кровь. Аналогично действует адреналин через ;-адренорецепторы, начиная с активации Gs белка.
7. Принцип каскадного усиления
(на примере глюкагона)
заключается в том, что одна молекула глюкагона, связываясь с рецептором,
приводит к появлению в клетке тысяч молекул цАМФ –
это обусловлено тем, что цАМФ синтезируется ферментом АЦ.
Связывание гормона с рецептором приводит к активации АЦ,
которая успевает синтезировать несколько сотен (или тысяч) молекул цАМФ.
Одна молекула цАМФ приводит к появлению тысяч молекул глюкозы –
это обусловлено тем, что появление цАМФ приводит к активации ферментов
(сам цАМФ активирует ПК А,
затем ПК А активирует киназу фосфорилазы,
затем киназа фосфорилазы активирует фосфорилазу).
Таким образом, молекула глюкагона приводит к появлению сотен или тысяч молекул цАМФ,
а каждая молекула цАМФ из этих тысяч
приводит к появлению тысяч молекул глюкозы –
в результате одна молекула глюкагона приводит к образованию миллионов молекул глюкозы.
За счет каскадного усиления достаточно небольших количеств гормонов в крови
для того, чтобы сильно изменять скорость химических реакций в клетках (метаболизм)
и вследствие этого – концентрации метаболитов в клетках (химических состав клеток).
Каскадное усиление основано на том, что в передачи сигнала гормона в клетку участвуют ФЕРМЕНТЫ.
Количество молекул второго посредника,
которое может образоваться
при действии на клетку одной молекулы гормона,
называется коэффициентом усиления. (КУ).
Количество молекул метаболита,
которое может образоваться в клетке
при действии на клетку одной молекулы второго посредника,
тоже называется коэффициентом усиления.
КУ при образовании
вторых посредников в результате действия на клетку разных гормонов составляет от 100 до ста тысяч.
КУ при образовании
метаболитов под действием вторых посредников составляет от 100 до 1000.
КУ при образовании
метаболитов клетки под действием гормонов составляет от 105 до 1011.
Эти цифры соответствуют концентрациям гормонов, вторых посредников и метаболитов.
8. Разрушение цАМФ и ингибирование его разрушения.
цАМФ разрушается путём расщепления (гидролитического)
фосфодиэфирной связи в молекуле,
поэтому фермент, который разрушает цАМФ,
называется ФОСФО/ДИ/ЭСТЕРАЗОЙ цАМФ(ФДЭ).
В результате цАМФ превращается в обычный нециклический АМФ.
Ингибирование ФДЭ (некоторыми кардиотониками и противовоспалительными)
не позволяет ей разрушать цАМФ
и приводит к накоплению цАМФ и продлению эффектов цАМФ.