Внутриклеточные (ядерные) рецепторы, регулирующие экспрессию гена. Клеточные рецепторы, их классификация Истинные клеточные рецепторы

Стероидные и тиреоидные гормоны связываются с рецепторами внутри клетки и регулируют скорость транскрипции специфических генов.

В отсутствие гормона внутриклеточные рецепторы связаны обычно с другими белками в цитозоле или ядре. Например, рецепторы глюкокортикоидов образуют в цитозоле комплекс с шапероном, что препятствует связыванию рецептора с молекулой ДНК.

Взаимодействие гормона с центром связывания на С-концевом участке полипептидной цепи рецептора вызывает конформационные изменения и освобождение рецептора от шаперона. Происходит объединение 2 молекул рецептора с образованием гомодимера. Димер рецептора узнаёт специфическую последовательность нуклеотидов, которая расположена в промоторной области гена. Взаимодействие со специфическим участком ДНК HRE (от англ, hormone response element, элемент, реагирующий на воздействие гормона) обеспечивает центральный домен рецептора

Передача гормональных сигналов через внутриклеточные рецепторы (рецепторы стероидных гормонов могут находиться в цитоплазме и ядре).

Центральный домен рецептора содержит аминокислотную последовательность, образующую 2 "цинковых пальца". В каждом "цинковом пальце" атом цинка связан с 4 остатками цистеина.

В структуре одного "цинкового пальца" имеется последовательность аминокислот, отвечающая за связывание с ДНК, а второй "цинковый палец" содержит последовательность аминокислот, участвующую в димеризации рецепторов. Взаимодействие комплекса гормон-рецептор с определённой последовательностью нуклеотидрв в промоторной части ДНК приводит к активации транскрипции.

Рецепторы тиреоидных гормонов всегда связаны с ДНК . В отсутствие гормонов соответствующие рецепторы ингибируют экспрессию генов. Напротив, взаимодействие с гормоном превращает их в активаторы транскрипции.

Регуляция активности рецептора стероидных гормонов. 1 - в отсутствие гормона рецептор через гормонсвязывающий домен образует комплекс с шапероном, что препятствует связыванию рецептора с молекулой ДНК; 2 - в присутствии гормона рецептор освобождается от шаперона, образуется димер рецептора, который присоединяется к молекуле ДНК и вызывает активацию транскрипции.

Структура центрального домена стероидного гормона. 1 - аминокислотные остатки, участвующие в связывании ДНК; 2 - область димеризации. Центральный ДНК-связывающий домен содержит 2 "цинковых пальца". Атомы цинка связаны с аминокислотной последовательностью через остатки цистеина. Функциональные области 1 и 2 отвечают соответственно за связывание ДНК и димеризацию рецептора.

3. Передача сигналов через рецепторы, сопряжённые с ионными каналами

Рецепторы, сопряжённые с ионными каналами, являются интегральными мембранными белками, состоящими из нескольких субъединиц. Они действуют одновременно как ионные каналы и как рецепторы, которые способны специфически связывать с внешней стороны эффектор, изменяющий их ионную проводимость. Эффекторами такого типа могут быть гормоны и нейромедиаторы.

Известны рецепторы для ряда гормонов, ассоциированных с ионными каналами, и большинства медиаторов, среди которых наиболее изучен рецептор ацетилхолина. Рецептор ацетилхолина состоит из пяти цилиндрообразных субъединиц, расположенных в мембране параллельно друг другу: α 2 , β, γ, δ. Между ними вдоль оси цилиндров находится заполненный молекулами воды канал. Каждая субъединица рецептора состоит из большого количества гидрофобных аминокислотных остатков. Кроме этого, все субъединицы содержат один спирализованный трансмембранный фрагмент, аминокислотные радикалы которого (полярные незаряженные аминокислотные остатки, в основном серии и треонин) выстилают центральный канал рецептора изнутри. В средней части субъединиц, обращённой к каналу, локализованы остатки лейцина. В присутствии ацетилхолина боковые взаимодействия между субъединицами поддерживают канал в открытом состоянии и создают возможность для транспорта ионов. В отсутствие ацетилхолина в результате изменения ориентации субъединиц относительно друг друга канал закрывается, так как выступающие внутрь канала остатки лейцина образуют плотное гидрофобное кольцо, блокируя движение гидратированных ионов в этой области:

Схема строения рецептора ацетилхолина. А - закрытый канал рецептора в отсутствие ацетилхолина; Б - открытый канал рецептора в присутствии ацетилхолина. Трансмембранные спирализованные участки всех 5 субъединиц содержат полярные незаряженные радикалы аминокислот; гидрофобные остатки лейцина (Л), локализованные в середине каждого спирализованного гидрофильного участка, выступают в центральную часть канала и препятствуют движению ионов.

ГОРМОНЫ МОЗГОВОГО ВЕЩЕСТВА НАДПОЧЕЧНИКОВ, ЩИТОВИДНОЙ, ПАРАЩИТОВИДНОЙ И ПОДЖЕЛУДОЧНОЙ ЖЕЛЕЗ.

ГОРМОНЫ МОЗГОВОГО ВЕЩЕСТВА НАДПОЧЕЧНИКОВ

Катехоламины

Строение

Представляют собой производные аминокислоты тирозина.

Синтез

Осуществляется в клетках мозгового слоя надпочечников (80% всего адреналина), синтез норадреналина (80%) происходит также в нервных синапсах.

Реакции синтеза катехоламинов

Регуляция синтеза и секреции

Активируют : стимуляция чревного нерва, стресс.

Уменьшают : гормоны щитовидной железы.

Механизм действия

Механизм действия гормонов разный в зависимости от рецептора. Конечный эффект гормонов зависит от преобладания типа рецепторов на клетке и концентрации гормона в крови. Например, в жировой ткани при низких концентрациях адреналина более активны α 2 -адренорецепторы, при повышенных концентрациях (стресс) – стимулируются β 1 -, β 2 -, β 3 -адренорецепторы.

Аденилатциклазный механизм

при задействовании α 2 -адренорецепторов аденилатциклаза ингибируется,

при задействовании β 1 - и β 2 -адренорецепторов аденилатциклаза активируется.

Кальций-фосфолипидный механизм

при возбуждении α 1 -адренорецепторов.

Мишени и эффекты

При возбуждении α 1 -адренорецепторов (печень, сердечно-сосудистая и мочеполовая системы):

активация гликогенолиза ,

сокращение гладких мышц кровеносных сосудов и мочеполовой системы.

При возбуждении α 2 -адренорецепторов (жировая ткань, поджелудочная железа, почки):

подавление липолиза (уменьшение стимуляции ТАГ-липазы),

подавление секреции инсулина и секреции ренина .

При возбуждении β 1 -адренорецепторов (есть во всех тканях):

активация липолиза ,

увеличение силы и частоты сокращений миокарда.

При возбуждении β 2 -адренорецепторов (есть во всех тканях):

стимуляция гликогенолиза в печени и мышцах, и глюконеогенеза в печени,

расслабление гладких мышц бронхов, кровеносных сосудов, мочеполовой системы и желудочно-кишечного тракта.

В целом катехоламины отвечают за биохимические реакции адаптации к острым стрессам, связанным с мышечной активностью – "борьба или бегство ":

усиление липолиза и продукция жирных кислот в жировой ткани для мышечной активности,

гипергликемия за счет глюконеогенеза и гликогенолиза в печени для повышения устойчивости ЦНС,

стимуляция гликогенолиза в мышцах,

активация протеолиза в лимфоидной ткани для обеспечения глюконеогенеза субстратом (аминокислотами),

снижение анаболических процессов через уменьшение секреции инсулина.

Адаптация также прослеживается в физиологических реакциях:

мозг – усиление кровотока и стимуляция обмена глюкозы,

мышцы – усиление сократимости,

сердечно-сосудистая система – увеличение силы и частоты сокращений миокарда,

легкие – расширение бронхов, улучшение вентиляции и потребления кислорода,

кожа – снижение кровотока.

Патология

Гиперфункция

Опухоль мозгового вещества надпочечников феохромоцитома . Ее диагностируют только после проявления гипертензии и лечат удалением опухоли.

Специализированная система передачи сигнальной информации существует для липофильных лигандов, проникающих через клеточ­ные мембраны. Для этих лигандов, включающих стероиды и другие полициклические соединения, обнаружены цитоплазматические, митохондриальные и ядерные рецепторы. В ряде случаев, например при связывании глюкокортикоидов, происходит изменение локали­зации рецепторов - перемещение их из цитоплазмы в ядро. В ядре активированные стероидом рецепторы стимулируют транскрипцию генов и затем биосинтез белков, которые и ответственны за реализа­цию биологической активности стероида. Такой механизм действия стероидов обусловливает наличие лаг-периода (~30 мин - несколько часов) развития фармакологического эффекта и его продолжитель­ность в течение часов или дней (время жизни белка).
Ядерные рецепторы находятся внутри клетки и после активации связываются с регуляторными областями ДНК, модулируя экспрес­сию гена. Ядерные рецепторы предназначены для опосредования вли­яния внутриклеточных эндогенных лигандов на экспрессию генов. Некоторые агонисты, связываясь с ядерными рецепторами, стиму­лируют развитие эффекта, а другие агонисты повышают способность эндогенных лигандов активировать рецепторы (агонисты глюкокор­тикоидных рецепторов для лечения воспалений: гидрокортизон и дексаметазон; агонисты эстрогенных рецепторов для заместительной гормональной терапии у постменопаузальных женщин: эстрадиола валерат).
Антагонисты, связываясь с ядерными рецепторами, не активи­руют их, но предотвращают транслокацию рецепторов в ядро, их связывание с ДНК и изменение экспрессии генов. При связывании антагонистов с ядерными рецепторами эндогенные лиганды не свя­зываются с рецепторами и не могут изменить экспрессию генов. Мно­гие антагонисты связываются с участком рецептора для эндогенных агонистов и стерически предотвращают связывание агониста. В ряде случаев антагонисты могут связываться с аллостерическим участком рецептора, вызывая вытеснение эндогенного агониста из активного участка рецептора.Таблица LI
Основные фармакологически значимые типы клеточных рецепторов человека

Типы рецепторов			Примеры рецепторов
1тип Рецепторы, входящие состав ионных каналов	Трансмембранный рецептор состоит из субъединиц, формулирующих ионный канал, проницаемость которого регулируется лигандом, взаимодействующим с какой-либо субъединицей на поверхности клетки	Изменение проницаемости для ионов (обычно натрия или хлора) приводит к изменению мембранного потенциала	Н-холинорецептор. ЫМОА-рецептор. Каинатный рецептор. Квисквалатный рецептор. Рецептор аспартата. ГАМК-А-рецептор. Глициновый рецептор
II тип Рецепторы, сопряженные с С-белками	Одноцепочечный полипептид, несколько раз пронизывающий цитоплазматическую мебрану. Гликозилированный N-конец находится на поверхности мембраны, а С-конец - в цитоплазме (в его состав входит сериновый остаток - мишень для фосфорилирования). С-концевая часть сопряжена с G-белком, состоящим из субъединиц а (связывают GDP, обладают GTP-азной активностью), 0 и у (в виде пары взаимодействуют с адналитциклазой или фосфолипазой)	1. Регуляция активности аденилитциклазы при участии стимулирующего СБ-белка или ингибирующего С^белка Изменение уровня цАМФ приводит к изменению активности цАМФ-зависимой протеинкиназы и последу­ющему фосфорилированию определенных внутриклеточных киназ и других белков, опосредующих клеточный ответ	Рецепторы, опосредующие активацию аделиатциклазы: 0, р 2 , 0,-адренорецепторы. Рецепторы ТТГ, АКТГ, Л Г. Рецептор паратгормона (в кости). Рецептор вазопрессина (в почках). Рецептор глюкагона (в жировой ткани). Н 2 -гистаминовый рецептор. - рецепторы дофамина. 5-НТ 1А - серотониновые рецепторы. Рецепторы, опосредующие ингибирование аденилатциклазы: а 2 -адренорецептор (в 0-клетках поджелудочной железы). М 2 -холинорецептор. 0 2 ,0 3 ,0 4 - рецепторы дофамина. Мю и Дельта - опиоидные рецепторы. 5-НТ 1В, 5НТ ш -серотониновые рецепторы, а, -адренорецептор

Окончание табл, 1.1

Типы рецепторов	Типичная морфология рецепторной молекулы	Механизм передачи сигнала от рецептора	Примеры рецепторов
	То же	2. Регуляция активности фосфолипазы при участии (Зр-белка. В результате активации фосфолипазы С происходит гидролиз инозитолдифосфата (ИФ2) до инозитолтрифосфата (ИФЗ) и диацилглицерина (ДАГ). ИФЗ, внутриклеточный, открывая Са-специфичные каналы, регулирует уровень Са. ДАГ, катализируя высвобождение арахидоновой кислоты, стимулирует образование простагландинов и лейкотриенов, либо активирует протеинкиназу С, фосфорилирирующую ионные каналы	Мускариновые М, и М 3 - холинорецепторы; 5-НТ 1С, 5-НТ 2 - серотониновые рецепторы. Ангиотензиновый рецептор. Вазопрессиновый рецептор (печень). Рецептор тиреотропин - релизинг- гормона; Каппа-опиоидный рецептор (?)
III тип Рецепторы с каталитической тирозин-киназной активностью	Од ноцепочеч н ые трансмембранные полипептиды. Их С-цитоплазматический конец имеет каталитическую тирозинкиназную активность	Связывание рецептора с лигандом приводит к активации тирозиновой протеинкиназы и аутофосфорилированию	Инсулиновый рецептор. Рецептор соматомедина-С (IGF-1). Рецептор фактора роста эпидермиса (EGF). Рецептор фактора роста производных тромбоцитов (PDGF). Рецептор колоний-стимулирующего фактора-1 (CSF-1). Рецепторы неизвестных гормонов/он когенов: CNeu, cRos, cKit, cMet, cTrk

Типы рецепторов	Типичная морфология рецепторной молекулы	Механизм передачи сигнала от рецептора	Примеры рецепторов
IV тип Внутриклеточные рецепторы стероидных, тиреоидных гормонов, ретиноидов и витамина Э	Молекула состоит из трех доменов: гормонсвязывающего (ближе к С-концу); центрального (ДНК-связывающего); Ы-терминального (домен у Ы-конца, активирует транскрипцию). Молекула рецептора в неактивном состоянии связана с ингибиторным белком, блокирующим ДНК- связывающий домен рецептора	Присоединение гормона к рецептору изменяет транскрипцию соответству­ющего гена, т.е. первичный ответу а продукты функционирования гена (белки, ферменты) опосредуют вторичный ответ гормона	Рецепторы стероидных гормонов. Рецепторы тиреоидных гормонов. Рецепторы ретиноидов. Рецептор витамина О

Антагонисты минералокортикоидных рецепторов применяют для уменьшения отеков при циррозе печени и сердечной недостаточности (спиронолактон [Альдактон®]). Антагонисты эстрогенных рецепто­ров применяют для профилактики и лечения рака молочной железы (тамоксифен).
Следует отметить, что для стероидов имеются не только внутри­клеточные, но и плазмомембранные рецепторы, которые сопряжены с системами образования вторичных посредников, регулирующих процессы фосфорилирования внутриклеточных структур, в том числе и самих цитозольных рецепторов (после этого у них появляется спо­собность проникать в ядро).
Таким образом, во всех сигнальных механизмах происходят про­цессы обратимого фосфорилирования - как универсальный этап ре­гуляции биохимических реакций при участии рецепторов ЛВ.
Заканчивая рассмотрение молекулярных механизмов действия ЛВ, подчеркнем, что их изучение важно как для правильного ис­пользования клиницистами существующей номенклатуры ЛВ, так и для поиска ЛВ, взаимодействующих не только с «узнающими» частями рецепторов, но и с отдельными структурами, обеспечива­ющими этапы рецепторных механизмов. К последним относятся специфические G-белки, киназы, ионные каналы, фосфатазы или ферменты, катализирующие деградацию вторичных посредни­ков.
В соответствии с рецепторными механизмами действия ЛВ все ре­цепторы можно разделить на 4 типа (табл. 1.1).

Лиганды внутриклеточных рецепторов гидрофобны и свободно проникают через клеточные мембраны. Действие связано с регуляцией экспрессии генов. 2 типа рецепторов: I типа: Рецепторы в ядре; II типа: Рецепторы в цитозоле, комплекс L-R стабилизируется белками теплового шока (HSP). При активации - Рецептор димеризуется.

1) гормон проходит через двойной липидный слой клеточной мембраны; 2) H+R приводит к изменению конформации R и снижению сродства к белкам-шаперонам, отделяющимся от комплекса H+R. 3) H+R проходит в ядро, взаимодействует с регуляторной нуклеотидной последовательностью в ДНК (гормон-зависимыми элементами (hormone response elements, HREs)) - энхансером или сайленсером. 4) увеличивается (при взаимодействии с энхансером) или уменьшается (при взаимодействии с сайленсером) доступность промотора для РНК-полимеразы. 5) соответственно увеличивается или уменьшается скорость транскрипции структурных генов, скорость трансляции, изменяется количество белков.

4 группы рецепторов : стероидных, тиреоидных, ретиноевых и орфановых рецепторов, которые подразделяются на 10 подгрупп.

Стероидные: глюкокортикоидные (с помощью домена P-box узнают GRE) и эстрогеновые (имеют тот же HRE с тиреоидными, так что тиреоидные гормоны могут вз-ть с ERE). Эстрогеновые, и тиреоидные Рецепторы могут взаимодействовать с ДНК лиганд-независимым образом, т.е. без связанного гормона.

1 - аминокислотные остатки, участвующие в связывании ДНК; 2 - область димеризации. Центральный ДНК-связывающий домен содержит 2 "цинковых пальца". Атомы цинка связаны с аминокислотной последовательностью через остатки цистеина. Функциональные области 1 и 2 отвечают соответственно за связывание ДНК и димеризацию рецептора .

Тиреоидные гормоны : имеют короткий участок называемый A/B, и P-box. Могут связывать НRE без лиганда. Не формируют стаб. комплексов с HSP, но могут кратковременно связываться с ними в процессе синтеза.

Общая структура: 1) N-концевой участок, модилирующая функция, в отсутствии лиганда связан с HSP 2) ДНК-связывающий домен, содержит мотив "zinc finger" , в каждом "цинковом пальце" атом цинка связан с 4 остатками цистеина 3) С-концевой, связывает лиганд.

4 домена, разделенных шарнирным участком, части обозначаются А-D начиная с N-конца. Домены С и Е наиболее консервативны, но различия в домене Е обеспечивают связывание разных лигандов. Домены А/В наиболее вариабельны и изоформы отличаются главным образом по домену А, что обеспечивает их различия в отношении активации транскрипции.

N-концевой A/B – функции: активация транскрипции, субдомен TAD1, обеспечивает синергизм и генную избирательность транскрипционной активности. Синнергизм- активация нескольких HRE оказывает существенно больший эффект на транскрипцию, чем арифметическая сумма эффектов индивидуальных HRE. Селективность- что группа транскрипционных факторов, связанных с локусом TAD1, может активировать другой набор генов, чем факторы, связывающиеся с последовательностью TAD2 (расположена в домене Е).

ДНК-связывающий С-домен (DBD) состоит из двух “цинковых пальцев”, стабилизированных α-спиралями, а также дополнительных линейных структур (T-box и A-box). Каждый Zn 2+ -связывающий участок содержит две пары цистеинов. В третичной структуре спирали располагаются перпендикулярно друг другу так, что N-концевая спираль ориентируется поперек ДНК и попадает в канавку между ее витками, а С-концевая лежит сверху вдоль нити ДНК. P-box находится в N-конце первой спирали; он непосредственно узнает и связывает HRE.

Некоторые представители тиреоидных рецепторов имеют 2 дополнительные последовательности к С-концу от второй спирали: T-box нужен для димеризации рецептора, и A-box (или H-box) взаимодействует с A/T-богатой последовательностью к 5’-концу от HRE.

Шарнирный участок D разделяет DBD и лиганд-связывающий домен (LBD), обеспечивая им относительную подвижность. Главной функцией D-участка является ядерная локализация рецептора. Он несет специальную последовательность импорта белка в ядро (n uclear l ocalization s ignal, NLS), которая узнается транспортными системами ядра. Участвует в димеризации и связывании ДНК, поскольку фактически в нем расположены A-box и T-box. Некоторые остатки, участвующие в узнавании лиганда и входящие в протяженные лиганд-связывающие последовательности LBD, также попадают в участок D. Здесь связываются некоторые коактиваторы и репрессоры транскрипции. Наиболее важными из них являются белки HMGB (high mobility group B), которые повышают сродство стероидных рецепторов к ДНК.

Лиганд-связывающий домен Е (LBD) Функции: связывание лиганда; активация транскрипции, димеризация рецептора и связывание белков теплового шока. Пространственная структура LBD имеет тип сэндвича, построенного тремя взаимоперпендикулярными уровнями α-спиралей.

F-домен является просто С-концевым. У многих ядерных рецепторов вся эта последовательность участвует в связывании гормона и формально относится к LBD; эти Рецепторы фактически лишены F-домена. В тех же рецепторах, где этот домен присутствует, с ним связан весьма ограниченный набор второстепенных функций. Однако для эстрогеновых рецепторов этот домен важен, так как он участвует в связывании коактиваторов.

Или трансмембранных ионных токов.

Вещество, специфически соединяющееся с рецептором, называется лигандом этого рецептора. Внутри организма это обычно гормон или нейромедиатор либо их искусственные заменители, применяемые в качестве лекарственных средств и ядов (агонисты). Некоторые лиганды, напротив, блокируют рецепторы (антагонисты). Когда речь идет об органах чувств, лигандами являются вещества, воздействующие на рецепторы обоняния или вкуса . Кроме того, молекулы зрительных рецепторов реагируют на свет, а в органах слуха и осязания рецепторы чувствительны к механическим воздействиям (давлению или растяжению), вызываемым колебаниями воздуха и иными раздражителями. Существуют также термочувствительные белки-рецепторы и белки-рецепторы, реагирующие на изменение мембранного потенциала.

Энциклопедичный YouTube

• 1 / 5

  Клеточные рецепторы можно разделить на два основных класса - мембранные рецепторы и внутриклеточные рецепторы.

  Мембранные рецепторы

  Функция «антенн» - это распознавание внешних сигналов. Распознающие участки двух соседних клеток могут обеспечивать сцепление клеток, связываясь друг с другом. Благодаря этому клетки ориентируются и создают ткани в процессе дифференцировки. Распознающие участки присутствуют и в некоторых молекулах, которые находятся в растворе, благодаря чему они избирательно поглощаются клетками, имеющими комплементарные распознающие участки (так, например, поглощаются ЛПНП с помощью рецепторов ЛПНП).

  Два основных класса мембранных рецепторов - это метаботропные рецепторы и ионотропные рецепторы.

  Ионотропные рецепторы представляют собой мембранные каналы , открываемые или закрываемые при связывании с лигандом. Возникающие при этом ионные токи вызывают изменения трансмембранной разности потенциалов и, вследствие этого, возбудимости клетки, а также меняют внутриклеточные концентрации ионов, что может вторично приводить к активации систем внутриклеточных посредников. Одним из наиболее полно изученных ионотропных рецепторов является н-холинорецептор .

  Метаботропные рецепторы связаны с системами внутриклеточных посредников. Изменения их конформации при связывании с лигандом приводит к запуску каскада биохимических реакций, и, в конечном счете, изменению функционального состояния клетки. Основные типы мембранных рецепторов:

  1. Рецепторы, связанные с гетеротримерными G-белками (например, рецептор вазопрессина).
  2. Рецепторы, обладающие внутренней тирозинкиназной активностью (например, рецептор инсулина или рецептор эпидермального фактора роста).

  Рецепторы, связанные с G-белками, представляют собой трансмембранные белки, имеющие 7 трансмембранных доменов, внеклеточный N-конец и внутриклеточный C-конец. Сайт связывания с лигандом находится на внеклеточных петлях, домен связывания с G-белком - вблизи C-конца в цитоплазме.

  Активация рецептора приводит к тому, что его α-субъединица диссоциирует от βγ-субъединичного комплекса и таким образом активируется. После этого она либо активирует, либо наоборот инактивирует фермент , продуцирующий вторичные посредники.

  Рецепторы с тирозинкиназной активностью фосфорилируют последующие внутриклеточные белки, часто тоже являющиеся протеинкиназами, и таким образом передают сигнал внутрь клетки. По структуре это - трансмембранные белки с одним мембранным доменом. Как правило, гомодимеры, субъединицы которых связаны дисульфидными мостиками .

  Внутриклеточные рецепторы

  Внутриклеточные рецепторы - как правило, факторы транскрипции (например, рецепторы глюкокортикоидов) или белки, взаимодействующие с факторами транскрипции. Большинство внутриклеточных рецепторов связываются с лигандами в цитоплазме, переходят в активное состояние, транспортируются вместе с лигандом в ядро клетки, там связываются с ДНК и либо индуцируют, либо подавляют экспрессию некоторого гена или группы генов.
  Особым механизмом действия обладает оксид азота (NO). Проникая через мембрану, этот гормон связывается с растворимой (цитозольной) гуанилатциклазой, которая одновременно является и рецептором оксида азота, и ферментом, который синтезирует вторичный посредник - цГМФ.

  Основные системы внутриклеточной передачи гормонального сигнала

  Аденилатциклазная система

  Центральной частью аденилатциклазной системы является фермент аденилатциклаза , который катализирует превращение АТФ в цАМФ . Этот фермент может либо стимулироваться G s -белком (от английского stimulating), либо подавляться G i -белком (от английского inhibiting). цАМФ после этого связывается с цАМФ-зависимой протеинкиназой, называемой так же протеинкиназа А , PKA. Это приводит к её активации и последующему фосфорилированию белков-эффекторов, выполняющих какую-то физиологическую роль в клетке.

  Фосфолипазно-кальциевая система

  G q -белки активируют фермент фосфолипазу С, которая расщепляет PIP2 (мембранный фосфоинозитол) на две молекулы: инозитол-3-фосфат (IP3) и диацилглицерид. Каждая из этих молекул является вторичным посредником. IP3 далее связывается со своими рецепторами на мембране эндоплазматического ретикулума , что приводит к освобождению кальция в цитоплазму и запуску многих клеточных реакций.

  Гуанилатциклазная система

  Центральной молекулой данной системы является гуанилатциклаза, которая катализирует превращение ГТФ в цГМФ . цГМФ модулирует активность ряда ферментов и ионных каналов. Существует несколько изоформ гуанилатциклазы. Одна из них активируется оксидом азота NO, другая непосредственно связана с рецептором предсердного натриуретического фактора.

  цГМФ контролирует обмен воды и ионный транспорт в почках и кишечнике, а в сердечной мышце служит сигналом релаксации.

  Фармакология рецепторов

  Как правило, рецепторы способны связываться не только с основными эндогенными лигандами, но и с другими структурно сходными молекулами. Этот факт позволяет использовать экзогенные вещества, связывающиеся с рецепторами и меняющие их состояние, в качестве лекарств или ядов.

  Так, например, рецепторы к эндорфинам - нейропептидам, играющим важную роль в модуляции боли и эмоционального состояния, связываются так же с наркотиками группы морфина . Рецептор может иметь, кроме основного участка, или «сайта» связывания со специфичным для этого рецептора гормоном или медиатором, также дополнительные аллостерические регуляторные участки, с которыми связываются другие химические вещества, модулирующие (изменяющие) реакцию рецептора на основной гормональный сигнал - усиливающие или ослабляющие её, или заменяющие собой основной сигнал. Классическим примером такого рецептора с несколькими участками связывания для разных веществ является рецептор гамма-аминомасляной кислоты подтипа А (ГАМК). Он имеет кроме сайта связывания для самой ГАМК, также сайт связывания с бензодиазепинами («бензодиазепиновый сайт»), сайт связывания с барбитуратами («барбитуратный сайт»), сайт связывания с нейростероидами типа аллопрегненолона («стероидный сайт»).

  Многие типы рецепторов могут распознавать одним и тем же участком связывания несколько разных химических веществ, и в зависимости от конкретного присоединившегося вещества находиться более чем в двух пространственных конфигурациях - не только «включено» (гормон на рецепторе) или «выключено» (на рецепторе нет гормона), а еще и в нескольких промежуточных.

  Вещество, со 100 % вероятностью вызывающее при связывании с рецептором переход рецептора в конфигурацию «100 % включено», называется полным агонистом рецептора. Вещество, со 100 % вероятностью вызывающее при связывании с рецептором переход его в конфигурацию «100 % выключено», называется обратным агонистом рецептора. Вещество, вызывающее переход рецептора в одну из промежуточных конфигураций либо вызывающее изменение состояния рецептора не со 100 % вероятностью (то есть часть рецепторов при связывании с этим веществом включится или выключится, а часть - нет), называется частичным агонистом рецептора. По отношению к таким веществам используется также термин агонист-антагонист. Вещество, не меняющее состояния рецептора при связывании и лишь пассивно препятствующее связыванию с рецептором гормона или медиатора, называется конкурентным антагонистом, или блокатором рецептора (антагонизм основан не на выключении рецептора, а на блокаде связывания с рецептором его естественного лиганда).

  Как правило, если какое-то экзогенное вещество имеет рецепторы внутри организма, то в организме есть и эндогенные лиганды для данного рецептора. Так, например, эндогенными лигандами бензодиазепинового

  Некоторые гормоны , в том числе стероиды коры надпочечников и гонад, гормоны щитовидной железы, ретиноидные гормоны и витамин D, связываются с белковыми рецепторами в основном внутри клетки, а не на ее поверхности. Эти гормоны жирорастворимы, поэтому легко проникают через мембрану и взаимодействуют с рецепторами в цитоплазме или ядре. Активированный гормон-рецепторный комплекс взаимодействует со специфическим регулятором (промоутером) последовательности в ДНК, называемым элементом гормонального ответа.

  Таким образом, он активирует или репрессирует транскрипцию конкретных генов и образование матричной РНК, поэтому через несколько минут, часов и даже дней после поступления гормона в клетку в ней появляются вновь сформированные белки и становятся регуляторами новых или измененных функций клетки.

  Многие ткани имеют идентичные внутриклеточные гормональные рецепторы , однако гены, регулируемые этими рецепторами, различны. Внутриклеточные рецепторы могут активировать генный ответ только в случае наличия в клетке соответствующих комбинаций ген-регуляторных белков. Многие из этих протеин-регуляторных комплексов имеют в разных тканях свои особенности, поэтому ответ различных тканей предопределяется не только специфичностью рецепторов, но также генами, которые регулируются через эти рецепторы.

  Механизмы вторичных посредников

  Ранее мы отметили один из способов , с помощью которого гормоны вызывают ответы клеток и стимуляцию образования вторичного посредника цАМФ внутри клетки. Затем цАМФ становится причиной запуска последовательных внутриклеточных ответов на действие гормона. Итак, непосредственное действие гормона на клетку заключается в активации индуцирующего рецептора на мембране, а вторичные посредники обеспечивают остальные реакции.

  цАМФ - не единственный вторичный посредник, используемый гормонами. Существуют два других, наиболее важных посредника: (1) ионы кальция, сопряженные с кальмодулином; (2) фосфолипидные фрагменты мембран.

  Присоединение гормона к рецептору позволяет последнему взаимодействовать с G-белком. Если G-белок активирует систему аденилатциклаза-цАМФ, его называют Gs-белком, указывая на стимулирующую роль G-белка. Стимуляция аденилатциклазы, связанной с мембраной фермента посредствам Gs-белка, катализирует превращение небольшого количества присутствующего в цитоплазме аденозинтрифосфата в цАМФ внутри клетки.

  Следующий этап опосредован активацией цАМФ-зависимой протеинкиназой, которая фосфорилирует специфические белки в клетке, запуская биохимические реакции, что гарантированно обеспечивает ответ клетки на действие гормона.

  Как только цАМФ образуется в клетке, это обеспечивает последовательную активацию ряда ферментов, т.е. каскадную реакцию. Таким образом, первый активированный фермент активирует второй, который активирует третий. Задача такого механизма заключается в том, что небольшое количество молекул, активированных аденилатциклазой, может активировать значительно большее количество молекул на следующем этапе каскадной реакции, что является способом усиления ответа.

  В итоге благодаря этому механизму ничтожно малое количество гормона, действующее на поверхность мембраны клетки, запускает мощный каскад активирующих реакций.

  Если гормон взаимодействует с рецептором , сопряженным с тормозящим G-белком (Gi-белок), это снижает образование цАМФ и, как следствие, снижает активность клетки. Следовательно, в зависимости от взаимодействия гормона с рецептором, сопряженным с активирующим или тормозящим G-белком, гормон может как увеличивать, так и уменьшать концентрацию цАМФ и фосфорилирование ключевых белков клетки.

  Специфичность эффекта , наблюдаемого в ответ на увеличение или уменьшение цАМФ в различных клетках, зависит от природы внутриклеточных механизмов: некоторые клетки имеют один набор ферментов, другие - иной. В связи с этим реакции, вызываемые в клетках-мишенях, разнообразны. Например, инициация синтеза специфических химических соединений вызывает сокращение или расслабление мышц либо процессы секреции в клетках или изменение проницаемости мембран.

  Клетки щитовидной железы , активированные цАМФ, образуют метаболические гормоны - тироксин или трииодтиронин, в то время как тот же цАМФ в клетках надпочечников приводит к синтезу стероидных гормонов коры надпочечников. В клетках тубулярного аппарата почек цАМФ повышает проницаемость для воды.