Функции системы Са2+-сигналов в эукариотических клетках
Во всех эукариотических клетках система Са2+-сигналов выполняет различные функции.
Основные положения:
- Почти во всех клетках ионы Са2+ служат вторичным мессенджером и выполняют регуляторные функции.
- Са2+ непосредственно действует на многие белки-мишени, а также контролирует активность регуляторного белка кальмодулина .
- Концентрация Са2+ в цитозоле контролируется его депонированием в органеллы и высвобождением из них.
Во всех клетках ионы Са2+ служат в качестве вторичного мессенджера, и, таким образом, они представляют собой более распространенную систему, чем цАМФ . Многие белки связывают кальций, что приводит к изменениям их ферментативной активности, субклеточной локализации или взаимодействия с другими белками и липидами. К числу белков-мишенией, непосредственно регулируемых ионами кальция, относятся почти все классы сигнальных белков, описанные в настоящей главе, многочисленные ферменты, ионные каналы, насосы и сократительные белки. Среди них наибольшего внимания заслуживают актомиозиновые мышечные волокна , которые начинают сокращаться в ответ на изменение содержания в цитозоле кальция (см. Миозин II участвует в мышечном сокращении ).
Хотя в большинстве внеклеточных жидкостей концентрация кальция составляет около 1 мМ, его внутриклеточная концентрация поддерживается на уровне 100 наномолей за счет совместного действия насосов и переносчиков, которые или выводят свободный кальций, или концентрируют его в эндоплазматическом ретикулуме или в митохондриях . Передача сигнала с участием Са2+ происходит в тот момент, когда каналы эндоплазматического ретикулума или плазматической мембраны, селективные по кальцию, открываются, давая возможность катиону поступать в цитоплазму. К числу наиболее значимых каналов относятся потенциал-зависимые каналы плазматической мембраны клеток млекопитающих; Са2+-канал эндоплазматического ретикулума , который регулируется вторичным мессенджером , инозитол-1,4,5-трифосфатом (см. ниже); и потенциал-зависимый канал эндоплазматического саркоплазматического) ретикулума мышц. Этот канал открывается в ответ на деполяризацию расположенной рядом плазматической мембраны, т.е. в результате процесса, известного как сопряжение возбуждения и сокращения (см. Са2+-каналы плазматической мембраны активируют внутриклеточные функции ).
Наряду с белками, активность которых регулируется при непосредственном связывании кальция, многие другие белки реагируют на ионы кальция, связываясь с калмодулином , широко распространенным, небольшим (около 17 кДа) белком, чувствительным к кальцию. Для того, чтобы полностью активироваться, калмодулину необходимо связать четыре молекулы Са2+, причем связывание носит выраженный кооперативный характер, и профиль активации белка-мишени при этом имеет сигмоидную форму ( рис. 18.16 ). Обычно калмодулин связывается с мишенями в присутствии ионов кальция, однако свободный, не содержащий кальция, калмодулин в некоторых случаях может оставаться в связанной, но неактивной форме. Например, калмодулин является конститутивной субъединицей киназы фосфорилазы , которая активируется при связывании Са2+. У высших растений регуляция калмодулином носит иной характер. Калмодулин не экспрессируется в качестве самостоятельного белка, но вместо этого существует в качестве домена Са2+-зависимых белков. Еще одним исключением является аденилатциклаза , секретируемая патогенными бактериями Bordetella pertussis , которая вне клеток неактивна, но в клетках млекопитающих активируется свободным от Са2+ калмодулином. При этом быстро образуется цАМФ , оказывающий сильное токсическое действие.
Смотрите также:
