Страница 64 из 134
Система комплемента включает более 10 белков, большая часть которых является проферментами — неактивными предшественниками специфических ферментов, действующих на белки. Первый компонент этой системы распознает комплекс антиген-антитело, находящийся либо в жидкостях организма (в крови или лимфе), либо на поверхности бактериальной клетки. Распознавание комплекса антиген-антитело ведет к активации первого компонента комплемента, в котором появляется ферментативная активность к последующему компоненту. Последовательная активация всех компонентов системы комплемента имеет ряд последствий. Во-первых, происходит каскадное усиление реакции, почти каждый последующий этап реакции активации комплемента является ферментативным, при котором продуктов реакции образуется несравнимо больше, чем исходных реагирующих веществ. Во-вторых, на поверхности бактерии фиксируются компоненты комплемента, резко усиливающие фагоцитоз этих клеток, то есть сродство их к фагоцитирующим клеткам организма. В-третьих, при ферментативном расщеплении белков системы комплемента образуются фрагменты, обладающие мощной воспалительной активностью. И, наконец, при включении в комплекс антиген-антитело последнего компонента комплемента этот комплекс приобретает способность "продырявливать" клеточную мембрану и тем самым убивать чужеродные клетки. Таким образом, система комплемента — важнейшее звено в защитных реакциях организма.
Однако комплемент активируется любым комплексом антиген-антитело, вредным или безвредным для организма. В связи с этим воспалительная реакция, возникающая на безвредные антигены, регулярно попадающие в организм, может вести к аллергическим, то есть извращенным, реакциям иммунитета, тяжело переносимым человеком или животным. Аллергия развивается при повторном, как правило, многократном попадании антигена в организм, например, при повторном введении антитоксических сывороток, или у мукомолов на белки муки, или при многократной инъекции фармацевтических препаратов, в частности, некоторых антибиотиков. Правда, есть аллергические реакции, не требующие для своего развития комплемента. Борьба с аллергическими болезнями состоит в подавлении либо самой реакции иммунитета, либо в нейтрализации образующихся при аллергии веществ, вызывающих воспаление.
Итак, мы рассмотрели сложную и удивительно целесообразно устроенную систему защитных реакций организма. Одной из важнейших проблем современной биологии является вопрос о том, как и из чего она могла возникнуть в процессе эволюции. Подходы к этой проблеме лишь только начинают намечаться.
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Ройт А. Основы иммунологии. М.: Мир, 1991.
2. Альберте Б., Брей Д., Льюис Дж., Рафф М., Робертс К. и Уотсон Дж. Молекулярная биология клетки. М.: Мир, 1994. 2 изд. Гл. 18. "Иммунная система".
ПЕРЕДАЧА И ТРАНСДУКЦИЯ ГОРМОНАЛЬНОГО СИГНАЛА В РАЗНЫЕ ЧАСТИ КЛЕТКИ
Кулинский В.И.
Введение
Общим принципом передачи любой информации в клетке, как наследственной, так и оперативно регулирующей и управляющей, является обязательность ее трансдукции (преобразования) на каждом этапе. Для наследственной информации общеизвестны как факт трансдукции, так и ее этапы: транскрипция — процессинг про-мРНК (созревание про-матричной РНК) — трансляция — посттрансляционная модификация белка. Для передачи гормональной информации это во многом выяснено в последние годы.
Существуют два основных механизма трансдукции гормонального сигнала в клетку (рис. 1).
Рис. 1. Общая структура сигнал-трансдукторных систем клетки.
R — рецептор, G — G-белок, Е — фермент, образующий второй посредник, ЭПС — эндоплазматическая сеть, ПК — протеинкиназа, Ras — белок Раs, HR — гормон-рецепторный комплекс
При первом гидрофобный гормон (стероидный, иодтиронин, активированные витамины А и D) проникает через плазматическую мембрану, а затем через цитозоль (последнему, очевидно, способствуют транспортные рецепторы цитозоля) в ядро, где образует комплекс с ядерными рецепторами и в результате изменяет матричные синтезы. При втором гормон-рецепторный комплекс образуется на наружной поверхности плазматической мембраны. Это вызывает либо быстрое открытие ионного канала и вход ионов в клетку (вариант На, на рис. 1) и в результате нервный импульс, либо включение систем вторые посредники (ВП) — протеинкиназы (ПК), приводящее к более медленным изменениям метаболизма и функций клеток (вариант IIб). Два механизма (I и IIб) могут приводить к поздним эффектам — изменениям процессов, которые регулируются ядром клетки. Совокупности механизмов, осуществляющих трансдукцию межклеточных сигналов гормонов во внутриклеточные, в том числе и во внутриорганелльные сигналы, получили название сигнал-трансдукторных систем [1]. В статье излагаются современные данные по системам ВП-ПК для разных компартментов (микроотсеков) клетки. Важным достижением является выяснение того, что передача регулирующей информации в ядро и митохондрии происходит своеобразно и различно.
Цитозоль
Четыре основные и наиболее изученные системы передачи гормонального сигнала в цитозоль [1, 2] представлены на рис. 2. Многие гормоны (амины, пептиды, белки, простагландины I и Е), а также запах и вкус действуют через систему цАМФ (циклический аденозинмонофосфат). Образование гормон-рецепторного комплекса через G [ГТФ (гуанозинмонофосфат) — зависимые]-белки активирует или ингибирует аденилилциклазу, которая из АТФ (аденозинтрифосфат) образует цАМФ. Этот ВП вызывает диссоциацию зависимой от него ПК А на регуляторную и каталитическую субъединицы. В результате последняя активируется и фосфорилирует многочисленные белки. Это увеличивает, например, распад гликогена и жира, синтез катехоламинов и глюкокортикостероидов, сокращение сердца, расслабление гладких мышц. Поэтому цАМФ часто рассматривают как сигнал голода и стресса.
Другой циклонуклеотид — цГМФ (циклический гуанозинмонофосфат) образуется двумя гуанилилциклазами. Мембранный фермент активируется натрийуретическими гормонами (G-белки не участвуют), а растворимый (цитозольный) — монооксидами NOJ, СО и JOH [1–3]. Последние — новый (90-е годы) класс неорганических регуляторов, проявляющих свойства иногда межклеточных, иногда внутриклеточных регуляторов. цГМФ активирует ПК G, но, кроме того, изменяет активность других белков, включая ионные каналы (последнее важно для восприятия света [4]). цГМФ увеличивает выделение мочи и Na+, расслабляет гладкие мышцы; NО через цГМФ вызывает эрекцию полового члена. Оба циклонуклеотида дезагрегируют (разъединяют) тромбоциты.
Рис. 2. Основные сигнал-трансдукторные системы клетки.
АЦ — аденилилциклаза, ГЦ — гуанилилциклаза, КМ — кальмодулин, КМ-ПК — кальмодулиновая ПК, ФГ С — фосфолипаза С, ФИ — фосфоинозитиды, ФХ — фосфатидил-холин, ИФ3 — инозитолтрифосфат, ДАГ — диацилглицерид, ИН — инсулин, ФРК — факторы роста клеток, ЦК — цитокины, ТК — тирозинкиназа
Многие гормоны (амины, пептиды, белки, простагландины F и тромбоксаны) через G-белок включают систему фосфолипаз С, которые из фосфатидилинозитидов образуют два ВП: инозитолтрифосфат и диацилглицерид, а из фосфатидилхолина — только последний. Инозитолтрифосфат увеличивает поступление в цитозоль Са2+— как внутриклеточного из эндоплазматической сети, так и межклеточного через медленные кальциевые каналы. Комплекс Са2+ с его рецептором кальмодулином активирует многие цитозольные ферменты либо прямо, либо через кальмодулиновую ПК. Диацилглицерид при наличии Са2+ активирует ПК С. Таким образом, в этой системе функционируют три ВП, две ПК и кальмодулин. Ее стимуляция, например, модулирует функции ионных каналов, способствует распаду гликогена, фосфолипидов и белка, активирует секрецию разных желез, выделение гормонов, вызывает сокращение гладких мышц и агрегацию тромбоцитов [1, 2].