Гетеротримерные G-белки млекопитающих, классифицированные на основе их α-субъединицы

G-белки	Активирующие рецепторы	Эффектор	Сигнальный путь
Gs	Для адреналина, нор-адреналина, гистамина, адренокортикотропного, лютеинизирующего, фолликулостимулиую-щего, тиреотропного гормонов и др.	Аденилатциклаза Са2+ -каналы	↑ цАМФ ↑ Вход Са2+ клетку
Golf	Пахучих веществ	Аденилатциклаза	↑ цАМФ (обоняние)
Gt1 (палоч-ки)	Фотонов	цГМФ-фосфодиэстераза	↓ цГМФ (зрение)
Gt2 (колбоч-ки)	Фотонов	цГМФ-фосфодиэстераза	↓ цГМФ (цветовое зрение)
Gi1,Gi2, Gi3	Норадреналина, проста-гландинов, опиоидов, ангиотензина, многих пептидов	Аденилатциклаза Фосфолипаза С     Фосфолипаза А2     К+-каналы	↑ цАМФ ИТФ, ДАГ, Са2+ Высвобождение арахидоновой кислоты Поляризация мембраны
Gq	Ацетилхолина, адреналина	Фосфолипаза Сβ	↑ИТФ ДАГ, Са2+

В настоящее время наиболее изученными являются два пути передачи внутриклеточных сигналов при помощи G-белков, в которых важнейшими компонентами являются вторичные посредники. В одной из таких систем вторичным мессенджером служит цАМФ, в другой действует комбинация трех различных вторичных мессенджеров: диацилглицерола – ДАГ, инозитолтрифосфата – ИТФ и ионов Са²⁺(рис.23).

Рис.23. Схема каскада путей передачи сигнала при участии вторичных мессенджеров

Механизмы передачи внешнего сигнала в клетки с участием этих посредников имеют много общего. В обоих случаях мишенями G-белка являются ферменты, которые превращают молекулы вещества-предшественника в молекулы вторичного мессенджера. Сходство обнаруживается и в способе передачи сигнала – оно заключаются в конформационном изменении клеточных белков, переводящемих из неактивной формы в активную, что в итоге обеспечивает клеточный ответ, например секрецию, сокращение и т.д.

Несмотря на то, что число вторичных мессенджеров невелико, они способны регулировать множество разнообразных физиологических и биохимических процессов, характер которых зависит от природы активированных белков в клетке-мишени.

Рассмотрим путь передачи сигнала с участием цАМФ. Образование цАМФ, опосредованное связыванием рецептором молекулы лиганда, происходит в результате активирования фермента аденилатциклазы, локализованной на внутренней поверхности плазматической мембраны клеток. Фермент состоит из двух трансмембранных участков, каждый из которых включает шесть доменов. Аденилатциклаза присутствует в плазматической мембране всех клеток, но характер экспрессии этого белка варьирует, определяя специфическую активность разных клеток.

Аденилатциклаза катализирует образование цАМФ из АТФ в присутствии ионов Mg²⁺. Сопряжение между связыванием сигнальной молекулы и активацией аденилатциклазы осуществляется регуляторными G-белками. Рецепторы для агонистов, стимулирующих аденилатциклазу (позитивный контроль), активируют G_s-белки (s-стимуляция) с α-субъединицей типа α_s, которая связывает ГТФ и затем отсоединяется от βγ-комплекса. Стимулирующее действие α_s-субъединиц на некоторые формы аденилатциклазы может усиливаться βγ-димером. Прекращение сигнала достигается отделением α_s-субъединицы от аденилатциклазы и гидролизом цАМФ фосфофиэстеразой.

Свободный цАМФ диффундирует в клетку, где в качестве вторичного посредника регулирует разные внутриклеточные процессы. У прокариот, например, цАМФ, связываясь со специфическим белком, оказывает влияние на ДНК. У эукариот цАМФ активирует протеинкину, которая, в свою очередь, фосфорилирует клеточные белки.

Протеинкиназа (цАМФ-зависимая аденилаткиназа, или А-киназа) представляет собой тетрамерный белок, состоящий в отсутствие цАМФ из двух регуляторных и двух каталитических субъединиц. У большинства типов клеток каталитическая субъединица одна и та же, а регуляторные – отличаются высокой специфичностью. Каталитические субъединицы лишены ферментативной активности и приобретают ее при диссоциации комплекса в результате конформационных изменений в молекулах, происходящих при связывания цАМФ регуляторными субъединицами.

Активная протенкинаэа катализирует перенос высокоэнергетической концевой фосфатной группы от АТФ на остатки серина или треонина клеточных белков. Одни белки, фосфорилируемые в разных тканях А-киназой, являются ферментами, другие образуют мембранные каналы, третьи – микротрубочки и т.д. Фосфорилирование ведет к изменению конформации белка, в результате чего изменяются его биологические свойства. Так, посредством протеинкиназ осуществляются многочисленные физиологические эффекты цАМФ: изменение ионной проницаемости мембран, активация или ингибирование внутриклеточных метаболических процессов и др.

Анализ первичной структуры цАМФ-зависимой и других классов протеинкиназ показал, что, несмотря на различия в их регуляторных свойствах, они характеризуются большим сходством в строении АТФ-связывающего домена и активного центра, обеспечивающего перенос фосфата с АТФ на белок-акцептор.

К числу гормонов, опосредующих свое действие на клетки через цАМФ, можно отнести адреналин, антидиуретический гормон, адренокортикотропный гормон, кальцитонин, кортиколиберин, глюкагон и др. (табл.11).

Таблица 11