G-белки

Многие из известных на сегодняшний день вторичных мессенджеров действуют при посредстве ключевых молекул особого класса, называемых G-белками, которые и направляют поток сигналов от рецепторов внутрь клетки. Эти, принимающие участие в передаче сигнала белки, регулируются гуаниловыми нуклеотидами, откуда и их название — G-белки. Команды элиситоров, гормонов и других эффекторов передаются различными рецепторами путем стимуляции того или иного G-белка. С начала 80-х гг. XX в. обнаружено более 100 рецепторов, передающих сигналы через G-белки. Идентифицирован ряд эффекторов, зависящих от этих белков.
G-белки, принимающие участи в трансмембранной передаче сигналов, располагаются на внутренней поверхности цитоплазматической мембраны. Их молекулы состоят из трех субъединиц — полипептидных цепей, называемых (от большей к меньшей) α, β и γ. Во всех выделенных к настоящему времени G-белках α-субъединица специфична, тогда как β и γ могут различаться.
В состоянии покоя α, β и γ субъединицы образуют комплекс, в котором α-субъединица связана с гуанизиндифосфатом (ГДФ). После того, как элиситор или иной первичный эффектор присоединится к рецептору, конформация последнего изменяется и он связывается с G-белком. В результате связывания α-субъединица освобождает ГДФ. Освободившееся место сразу же занимает гуанизинтрифосфат (ГТФ), концентрация которого в клетке достаточно высока. В результате связывания с ГТФ α-субъединица активируется.
Связавшаяся с ГТФ, α-субъединица отделяется от β и γ-субъединиц и путем диффузии перемещается по внутренней поверхности цитоплазматической мембраны, пока не свяжется с эффектором, к примеру, аденилатциклазой. Через несколько секунд α-субъединица гидролизует ГТФ до ГДФ, инактивирутся, отъединяется от эффектора и вновь связывается с свободными β и γ-субъединицами.
Таким образом, G-белки служат переключателями или таймлерами, определяющими, когда и как долго сигнальные пути бывают включенными или выключенными. Включение происходит, когда связанная с ГТФ α-субъединица присоединяется к эффектору, а выключение, — когда ГТФ гидролизуется до ГДФ. Таким образом, продолжительность «включенного» или «выключенного» состояния определяется скоростью гидролиза ГТФ.
G-белки обладают также способностью усиливать сигналы. Так, одна α-субъединица, связываясь с молекулой аденилатциклазы, может стимулировать синтез многих молекул циклического аденозинмонофосфата, прежде чем истечем время «включенного» состояния и ГТФ превратится в ГДФ.
Таким образом, клеточная мембрана представляет собой как бы панель переключения для множества разнообразных сигналов, поступающих извне. На ней происходит оценка их относительной силы, суммирование и передача сигналов вторичным мессенджерам, специфика которых уже определяет ответ клетки на изменения во внешней среде.