Клеточные механизмы реактивности и резистентности

Реактивность клеток любой ткани определяется уровнем и характером метаболизма. Различные биологически активные вещества (нейромедиаторы, гормоны эндокринных желез, тканевые гормоны) являются сигналами, действующими на клетки. Чувствительность к этим сигналам обеспечивается существованием специальных рецепторов, расположенных на поверхности (в цитоплазматической мембране) или внутри клетки. Рецепторные белки содержат локус, взаимодействующий с соответствующим биологически активным веществом (лигандом) и характеризующийся высокой специфичностью и аффинностью. Специфичность рецептора - свойство различать молекулы с минимальными структурными модификациями. Аффинность - способность рецептора взаимодействовать с соответствующим веществом при его низкой концентрации (в нано- и пикограммах). Специфичность и аффинность рецепторов обеспечивают узнавание биологического сигнала, начиная с его низких значений. Взаимодействие с лигандом приводит к активации рецептора, которая, в свою очередь, вызывает серию биохимических изменений, продуцирующих физиологический ответ.

В настоящее время установлены рецепторы для большинства активных веществ. При этом в зависимости от локализации рецепторов выделяют мембранный тип рецепции и внутриклеточный, разделяющийся в свою очередь на цитозольный и ядерный варианты (рис.8).

Мембранный тип рецепции

Этот тип рецепции характерен для нейромедиаторов и пептидных гормонов. Рецептор встроен в цитоплазматическую мембрану, активируется при взаимодействии с лигандом и передает биологическую информацию внутрь клетки, вызывая ее ответ через вторичные мессенджеры (посредники) (рис. 6). В настоящее время главными системами вторичных мессенджеров являются:

1. Циклические нуклеотиды - аденозинмонофосфат (цАМФ) и гуанозинмонофосфат (цГМФ).

2. Фосфатидилинозитоловая система, включающая ионы кальция и диацилглицерол.

3. Тирозиновые протеинкиназы.

1. Системы циклических нуклеотидов

Формирование клеточного ответа на сигнал при участии циклических нуклеотидов включает следующие взаимодействия. Активный комплекс «лиганд + рецептор» вызывает активацию соответствующей каталитической циклазы: аденилатциклазы или гуанилатциклазы (в зависимости от специализации рецептора), которая способствует образованию из АТФ (или ГТФ) циклического АМФ (или ц-ГМФ). При этом активируется соответствующая протеинкиназа, которая в свою очередь активирует синтез и фосфорилирование клеточных белков и ферментов, а также синтез рибонуклеиновых кислот. По современным представлениям фосфорилирование является одним из основных биохимических механизмов регуляции функциональной активности белков.

Специфические биологические эффекты, вызванные увеличением внутриклеточного содержания циклических нуклеотидов, зависят от генетической экспрессии соответствующего типа клетки, т.е. потенциальных субстратов, подлежащих фосфорилированию. Например, повышение содержания ц-АМФ в печеночных клетках приводит к гликогенолизу и глюконеогенезу, а в клетках коры надпочечников - к увеличению синтеза стероидных гормонов. Следует отметить при этом явление амплификации (прогрессивного усиления) сигнала, возникшего при взаимодействии лиганда с рецептором. Однако эффекты циклических нуклеотидов регулируются в своей выраженности и продолжительности не только количеством лиганда и свойствами рецептора, но и механизмом инактивации циклических нуклеотидов: она обеспечивается специальными ферментами - фосфодиэстеразами, вызывающими превращение циклических нуклеотидов в обычные (нециклические). Прекращению эффектов ц-АМФ и ц-ГМФ способствует также их удаление из клетки.

Циклический АМФ - внутриклеточный медиатор для многих гормонов, включая адренокортикотропный, антидиуретический, меланоцитостимулирующий, паратиреоидный, кальцитонин и др., а также для β-адренергических катехоламинов. Через ц-ГМФ оказывают свое действие холинергические агенты, β-адренергические катехоламины, гонадотропин-рилизинг гормон, окситоцин, соматостатин и другие биологически активные вещества.

От содержания циклических нуклеотидов зависит внешняя деятельность клетки. Так, повышение уровня ц-АМФ подавляет выделение медиаторов аллергической реакции, синтез реагинов, снижает тонус гладкой мускулатуры, проницаемость лизосомальных мембран, т. е. уменьшает внешнюю деятельность клетки. Повышение же уровня ц-ГМФ вызывает противоположные эффекты. Имеются данные о том, что противоположное действие циклических нуклеотидов в некоторой степени определяется их разной зависимостью от концентрации ионов кальция.