Молекулярная биология: Структура и функции белков - Степанов В.М. 2005

G-белки
Трансдуцин

Трансдуцин — гораздо более сложный G-белок, участвующий в передаче светового сигнала и, что чрезвычайно важно, в его огромном усилении. Схема его действия представляется следующим образом (рис. 12.3) Молекула родопсина, улавливая фотон, переходит в активированное состояние и образует комплекс с трансдуцином, G-белком, содержащим связанную молекулу ГДФ. Образование комплекса активированный родопсин • трансдуцин ускоряет обмен связанного с последним ГДФ на ГТФ. Образующийся в результате такого обмена комплекс активированный родопсин • трансдуцин • ГТФ распадается с отщеплением активированного родопсина, который может взаимодействовать с другой молекулой трансдуцина и также перевести ее в активное состояние за счет обмена ГДФ на ГТФ. Таким образом реализуется первая ступень усиления сигнала — активированная молекула родопсина за время своего существования успевает взаимодействовать с несколькими сотнями молекул трансдуцина, переводя их в активную форму — комплекс трансдуцин • ГТФ.

Рис. 12.3. Цикл усиления светового сигнала с участием G-белка транедуцина.

При поглощении кванта света родопсин R переходит в активированное состояние R* и присоединяется к комплексу Т • ГДФ. В тройном комплексе R* • Т • ГДФ гуанозиндифосфат быстро обменивается на ГТФ, после чего родопсин, выполнив свою функцию, но оставаясь активированным, вновь может образовать комплекс с другой молекулой транедуцина, что усиливает сигнал примерно в пять раз. Трансдуцин, изменив свою конформацию за счет образования комплекса с ГТФ, приобретает способность взаимодействовать с неактивной формой фосфодиэстеразы (ФДЭ_i). В результате последняя активируется (ФДЭ*) и тройной комплекс трансдуцин • ГТФ • активированная фосфодиэстераза (Т • GTP • ФДЭ*) действует как эффективный катализатор гидролиза циклического ГМФ до тех пор, пока в нем не произойдет внутримолекулярный гидролиз ГТФ. За это время он успевает в среднем гидролизовать около 1000 молекул цГМФ. После гидролиза ГТФ трансдуцин утрачивает способность связывать и активировать фосфодиэстеразу. Последняя переходит в неактивное состояние, а комплекс T • ГДФ возвращается в цикл

Высвобождающийся после отщепления родопсина трансдуцин, активированный ГТФ, образует комплекс с неактивной формой фосфодиэстеразы циклического гуанозинмонофосфата цГМФ, в результате чего этот фермент активируется и начинает эффективно гидролизовать цГМФ. Действие ферментного комплекса фосфодиэстераза - трансдуцин - ГТФ продолжается до тех пор, пока не произойдет гидролиза связанного ГТФ, катализируемого самим трансдуцином.

После этого отщепляется и утрачивает активность фосфодиэстераза, прекращается накопление ГМФ, а комплекс трансдуцин ГДФ оказывается готовым к новому циклу усиления светового сигнала за счет связывания с активированным светом родопсином Изложенная выше схема действия трансдуцина упрощена. В действительности трансдуцин представляет собой белок, построенный из трех неодинаковых субъединиц. Одна из них — Та (39 кДа) — связывает ГТФ и ГДФ и катализирует гидролиз ГТФ. Она содержит структуру, гомологичную белку c-H-ras. Другая субъединица трансдуцина — Tß (35 кДа) — очень близка субъединицам G_і и G_s белков аденилатциклазной системы (см. ниже) и представляет собой полипептидную цепь, построенную из четырех тандемно повторяющихся участков сходной первичной струкгуры, длиной около 86 аминокислотных остатков каждый. Эта субъединица прочно связана с третьей — у-субъединицей (8 кДа). Образование комплекса а—ß—у у трансдуцина с активированным родопсином ускоряет обмен ГДФ на ГТФ и приводит к отщеплению ß- и у-субъединиц, после чего освободившийся комплекс Та-ГТФ активирует фосфодиэстеразу цГМФ.

Действие этой системы, состоящей из трех белков с регулируемой активностью, приводит к тому, что поглощение молекулой родопсина единственного фотона влечет за собой расщепление примерно 500 000 молекул циклического гуанозинмонофосфата, т.е. коэффициент усиления при передаче сигнала этой системой составляет 5∙10⁵. Существенно и то, что включение в систему G-белка трансдуцина обеспечивает не только усиление сигнала, но и регулирование его длительности.