Рецепторы пептидных гормонов и компоненты мембраны

Хотя термин «рецептор» удобен для описания связывающих ком­понентов мембраны, с которыми взаимодействует гормон, исполь­зование его означает отсутствие сведений о специфических хи­мических структурах, участвующих в реакции связывания. Если взаимодействующий участок вещества или лиганда известен, то точнее было бы при описании использовать его структуру, а не термин «рецептор». Рецепторы можно характеризовать по их спе­цифической «узнающей» и связывающей функциям или, более широко, по тем изменениям, которые приводят к развертыванию специфической биологической реакции. Для объяснения механиз­мов, с помощью которых связывание с рецептором приводит к модификации мембранных ферментов, предложено несколько ги­потез. На смену первоначальной точке зрения, согласно которой гормональные рецепторы структурно объединены с аденилатцик­лазой и играют роль регуляторной субъединицы фермента, при­шли другие, точнее соответствующие данным о жидкой природе клеточных мембран.

Гипотеза мобильного рецептора, предложенная для объясне­ния механизма модуляции аденилатциклазы в клеточной мембра­не гормонрецепторным взаимодействием [10], основана на пред­положении, что рецепторные и ферментные белки представляют собой отдельные и разные молекулы (рис. 4—3). Считают, что связывание гормона с рецептором повышает сродство последнего к другим мембранным компонентам, участвующим в активации аденилатциклазы. Такая двухстепенная модель гормонрецепторного взаимодействия с аденилатциклазой согласуется с возмож­ностью латеральной диффузии молекул рецепторов и фермента в жидком матриксе плазматической мембраны. Она объясняет также отсутствие аддитивности в активации аденилатциклазы многочисленными гормонами в определенных клетках и модуля­цию независимых мембранных процессов одним гормоном, если предположить, что его комплекс с рецептором обладает сродством не к одной, а к нескольким регуляторным молекулам. Мобиль­ность гормональных рецепторов в жидком матриксе мембраны могла бы также иметь значение для активации аденилатциклазы в эпителиальных клетках, обладающих морфологической поляр­ностью, например в кишечнике, почках, печени и мочевом пузы­ре. Наконец, конкурентные антагонисты пептидных гормонов представляются молекулами, сохраняющими сродство связывания с рецепторами, но лишенные способности вызывать изменения конформации и реактивности последних, необходимые для акти­вации аденилатциклазы.

Хотя рецепторные места для гормонов, по-видимому, физиче­ски отделены от аденилатциклазы, эти две молекулы обладают очевидной тесной функциональной связью, подтверждающей пред­положения о рецепторе как о регуляторном участке аденилат­циклазного комплекса. В некоторых тканях соответствие между концентрацией гормональных рецепторов и активностью адени­латциклазы свидетельствует о существовании тесно связанного рецепторциклазного комплекса в мембранах клеток-мишеней. За­висимость гормональной активации аденилатциклазы от фосфо-липидов, наблюдаемая в некоторых мембранных и солюбилизированных препаратах, указывает на необходимость сопрягающего компонента липидной природы для ассоциации этих двух активностей. Изучение взаимоотношений между специфическими гор­мональными рецепторами и активностью аденилатциклазы в раз­ных физиологических условиях и на разных стадиях развития также выявило тесную корреляцию между обоими параметрами. Так, появление рецепторов гонадотропина в семенниках плода тесно связано с приобретением клетками способности реагировать изменением уровня цАМФ на стимуляцию ЛГ и способности син­тезировать тестостерон [11]. Более того, десенситизация клеток-мишеней путем воздействия агонистов часто сопровождается од­новременной утратой гормончувствительной аденилатциклазы ц гормональных рецепторов. Опыты с десенситизацией обнаружили также уменьшение общей активности имеющейся аденилатцикла­зы, что указывает на инактивацию значительной части аденилат­циклазы при насыщении рецепторов гормонами. Такие временные и количественные корреляции между двумя активностями под­черкивают тесную физическую связь рецепторов пептидных гор­монов с аденилатциклазой в клеточной мембране.

Более современные модели пытаются учитывать функциональ­ную сложность аденилатциклазной системы, содержащей не ме­нее трех участков, с которыми реагируют отдельные лиганды, изменяя активность фермента. К ним относятся участок, взаимо­действующий с гормоном, каталитический или ферментативный участок, реагирующий с Mg-АТФ, и промежуточный регулятор­ный участок, взаимодействующий преимущественно с гуаниловыми нуклеотидами. Изучение влияния гуаниловых нуклеотидов на активацию печеночной аденилатциклазы глюкагоном показало, что аденилатциклазный комплекс существует в различных формах, которые могут переходить друг в друга при согласованном дей­ствии гормона и гуанилового нуклеотида [12]. После этого ана­логичные эффекты ГТФ наблюдали на многих гормончувстви­тельных тканях. Синтетические аналоги ГТФ, устойчивые к фер­ментативному гидролизу, также стимулируют большинство аденилатциклазных систем, что указывает на роль гуаниловых нуклеотидов в качестве аллостерических активаторов аденилат­циклазы. Один из таких аналогов Gpp (NH) p активирует адени­латциклазу, взаимодействуя с тем же самым участком, с которым реагирует и ГТФ. В некоторых тканях связывание меченого Gpp (NH) p с клеточными мембранами коррелирует со степенью активации аденилатциклазы. Сочетанное воздействие гормона и-Gpp (NH) p вызывает длительную активацию аденилатциклазы,. причем в очень многих тканях животных Gpp (NH) p повышает как исходную, так и стимулированную гормоном активность это­го фермента. Такие эффекты ГТФ и его аналогов свидетельству­ют о том, что регуляция взаимодействия между нуклеотидами и каталитическим участком аденилатциклазы составляет общую» черту действия пептидных гормонов (рис. 4—4).

Рис. 4 — 4. Трехкомпонентная мо­дель системы гормональный ре­цептор (Р) — аденилатциклаза. Гормон-рецепторный комплекс мо­дулирует ГТФ-связывающую ак­тивность гуанилнуклеотид регу­ляторной субъединицы (ГНРС), в свою очередь активирующей аденилатциклазу (АЦ). Вызыва­емая гормоном (Г) активация комплекса ГТФ-ГНРС прекра­щается после гидролиза ГТФ на регуляторной субъединице или вблизи ее.

Действие гуаниловых нуклеотидов на аденилатциклазу часто сопровождается уменьшением связывающей способности соответ­ствующих мест рецепции гормона. Как ГТФ, так и Gpp (NH) p-уменьшают сродство рецепторов к глюкагону, ангиотензину II и? катехоламинам, повышая константу скорости диссоциации гормон-рецепторного комплекса. Причина зависимости сродства рецепто­ров от действия гуаниловых нуклеотидов на активность фермен­та неясна, но влияние на связывание гормона могло бы пред­ставлять собой эффект, отдельный от активации аденилатциклазы.