Функции мембранных белков

В отличие от липидов, мембранные белки трудно классифицировать по структуре, целесообразнее подразделять основные вили мембранных белков исходя из их функций. Как правило, именно белки ответственны за функциональную активность мембран. К таким белкам относятся разнообразные ферменты, транспортные белки, рецепторы, канальные белки, белки, образующие водные поры (аквапорины), а также различные структурные и регуляторные белки, которые обеспечивают многообразные функции клеточных мембран. По биологической роли мембранные белки можно разделить на четыре группы:

1) белки-ферменты, обладающие каталитической активностью;

2) рецепторные белки, специфически связывающие те или иные вещества;

3) структурные белки;

4) белки, обеспечивающие межклеточные взаимодействия.

Белки-ферменты наиболее распространены среди всех мембранных белков. В их число входят как интегральные (мембранные АТФазы, выполняющие транспортную функцию), так и периферические (ацетилхолинэстераза, кислая и щелочная фосфатазы, РНКаза) белки. Транспортные белки создают устойчивые потоки определенных веществ и ионов через мембраны. Транспорт ионов приводит к возникновению трансмембранного потенциала во всех клетках, а так же к его изменениям в нервной и мышечной клетках. Последнее явление лежит в основе таких важнейших свойств этих тканей, как возбудимость и проводимость.

Рецепторными белками называют белки, специфически связывающие те или иные лиганды, участвующие в передаче сигналов от одних клеток к другим.Такая передача осуществляется различными способами. Часто рецепторы входят в состав более сложных мембранных комплексов, содержащих белки-исполнители. Например, в нервных и нервно-мышечных синапсах сигнальной молекулой (медиатором) является определенное низкомолекулярное вещество, а плазматическая мембрана содержит специальные рецепторные белки, соединенные с ионными каналами, изменяющие свои свойства при связывании рецептора с лигандами. Эта реакция обеспечивает проницаемость мембраны для различных ионов (натрия, калия, кальции, хлора) и формирует возбуждающий потенциал. Некоторые рецепторы (например, никотиновый холинорецептор) сами являются ионными каналами (за счет включения в рецепторный ансамбль дополнительных белковых субъединиц).

В ряде случаев рецепторный белок не является ионным каналом, но связан с внутриклеточным сигнальным каскадом, активация которого происходит при связывании с рецептором лиганда, несущего информацию. В результате активации таких рецепторов (их называют метаботропными, в противоположность ионотропным, регулирующим ионные потоки через мембрану) возникает каскад химических реакций, управляющих клеточными функциями через изменения метаболизма (отсюда и название этих рецепторов). Активация метаботропных рецепторов лигандами (их можно считать первичными сигнальными молекулами, или первичными мессенджерами) приводит к выработке в цитоплазме активируемой клетки вторичных сигнальных молекул (вторичных мессенджеров).

Структурные белки придают клеткам и органеллам определенную форму; обеспечивают те или иные механические свойства (например, эластичность) плазматической мембране; осуществляют связь мембраны с цитоскелетом, а в случае ядерной мембраны с хромосомами. Структурные мембранные белки, как правило, лишены ферментативных свойств (возможно они просто пока мало изучены в химическом отношении). Их исследование затрудняется главным образом двумя обстоятельствами. Во-первых, структурные белки «немы» - не обладают известной ферментативной активностью. Во-вторых, структурные белки имеют в составе своих молекул обширные гидрофобные участки. При очистке они образуют тесные ассоциаты друг с другом или с липидами, что усложняет их изучение.

Нейроспецифический белок В-50 - один из основных фосфорилируемых структурных белков плазматических мембран синаптических контактов. Методами иммунохимии установлено, что он локализован преимущественно в пресинаптических мембранах. Молекулярная масса белка 48 кПа. Он является эндогенным субстратом - зависимой протеинкиназы С. Активаторы протеинкиназы С стимулируют процесс синаптической передачи в срезах гиппокампа. Фосфорилирование белка В-50 приводит к увеличению времени возбужденного состояния синапса, что способствует удержанию ионных каналов в активированном (открытом) состоянии (в некоторых публикациях этот феномен называют состоянием проторенности синапса). Влияние фосфорилированного белка В-50 на метаболизм фосфоинозитидов может быть одной из причин этого феномена. Интересно, что в процессе старения организма интенсивность фосфорилирования белка В-50 в мозге снижается, что, возможно, и обусловливает снижение пластичности синапсов.

Еще одно доказательство роли процессов фосфорилирования белка В-50 в функционировании синапсов получено в экспериментах in vitro, подтвердивших, что нейропептид — фрагмент АКТГ1 _24 — в 10 раз более эффективно тормозит фосфорилирование В-50 в синаптических мембранах из септальной области мозга, чем в мембранах целого мозга.

В группу мембранных белков также входят множество белков-ферментов, образующих ионные каналы, — Na/К- и Са-АТФазы, рецепторные белки, синапсины и др.

Плазмин — сериновая протеиназа, в плазме крови действует в основном как тромболитический фермент, а также деградирует многие компоненты внеклеточного матрикса. В мозге плазмин вовлекается в осуществление многочисленных функций, таких как нейрональная пластичность, обучение и память. Активация плазминогеновой системы наблюдается в мозге во время и в первые дни после инсульта. При болезни Альцгеймера, напротив, происходит снижение уровня плазмина в тканях мозга.

Входящий в состав плазматических мембран нейронов плазмин находится в ассоциации с богатыми холестерином рафтами, которые считаются местом преимущественного образования амилоидного вета-А. Это свидетельствует о наличии функциональной связи между плазмином, холестерином и метаболизмом мозга.

Эндотепинконвертирующий фермент (ЕСЕ-1) является еще одним амилоиддеградирующим ферментом, который на 37% гомологичен НЕП по аминокислотной последовательности.ЕСЕ-1 тоже является мембраносвязанной цинкзависимой металлопротеазой, также как и НЕП он способен расщеплять большое число биологически активных веществ, включая брадикинин, нейротензин, ангиотензин-1 и В-цепь инсулина. В отличие от НЕП, ЕСЕ-1 существует в виде димеров, субъединицы которых соединены дисульфидной связью.

Эти две металлопротеазы (ЕСЕ-1 и НЕП) различаются и по чувствительности к ингибиторам. Для ингибирования НЕП требуются наномолярные концентрации тиорфана и фосфорамидона, в то время как ЕСЕ-1 ингибируется микромолярными концентрациями фосфорамидона и не чувствителен к тиорфану.

ЕСЕ-1 обнаружен во многих органах и тканях. Наиболее обогащены этим ферментом эндотелиальные клетки, он также экспрессируется в нервной ткани и мышцах. В гладкомышечных клетках ЕСЕ-1 находится в комплексе с альфа-актиновыми филаментами.

В настоящее время известны четыре изофоры ЕСЕ-1 человека (1a, 1b, 1c и 1d), которые не имеют существенных каталитических отличий, но различаются по внутриклеточной локализации. Изоформы 1a, 1b, 1c и 1d находятся на поверхности клетки, а ЕСЕ-1 является внутриклеточной формой, локализованной в аппарате Гольджи.

Обнаружен еще один белок, подобный ЕСЕ-1, который локализован преимущественно в мозге и в незначительных количествах - в эндотелиальных и гладкомышечных клетках. Его первичная структура на 59°/о идентична аминокислотной последовательности ЕСЕ-1. Он обозначается как ЕСЕ-2 и отличается от ЕСЕ-1 более кислым рН-оптимумом.

Поиск по сайту: