Фосфолипазы, их классификация и свойства (стр. 2 из 7)

Опосредование гормонального сигнала системой фосфолипаза С—инозитол-3-фосфат.

Образование гормон-рецепторного комплекса при участии регуляторного G-белка активирует мембранную фосфолипазу С, вызывающую гидролиз фосфолипидов мембраны с образованием двух вторичных посредников: инозитол-3-фосфата и диацилглицерола. Инозитол-3-фосфат ведет к выходу Са2+ из внутриклеточных депо. Связывание ионизированного кальция со специализированным белком кальмодулином активирует протеинкиназы и вызывает фосфорили-рование внутриклеточных структурных белков и ферментов. Диацилглицерол повышает сродство протеинкиназы С к Са2+, способствуя ее активации, что также завершается процессами фосфорилирования белков. Диацилглицерол одновременно реализует другой путь опосредования гормонального эффекта, активируя фосфолипазу А2 и образование простаноидов.

Гормонрецепторный комплекс с участием регуляторного G-белка ведет к активации мембранного фермента фосфолипазы С, вызывающей гидролиз фосфолипидов мембраны с образованием двух вторичных посредников: инозитол-3-фосфата и диацилглицерола. Инозитол-3-фосфат вызывает выход Са2+ из внутриклеточных депо, в основном из эндоплазматического ретикулума, ионизированный кальций связывается со специализированным белком кальмодулином, что обеспечивает активацию протеинкиназ и фосфорилирование внутриклеточных структурных белков и ферментов. В свою очередь диацилглицерол способствует резкому повышению сродства протеинкиназы С к ионизированному кальцию, последний без участия кальмоду-лина ее активирует, что также завершается процессами фосфорилирования белков.

Диацилглицерол одновременно реализует и другой путь опосредования гормонального эффекта за счет активирования фосфолипазы А2. Под влиянием последней из мембранных фосфолипидов образуется арахидоновая кислота, являющаяся источником мощных по метаболическим и физиологическим эффектам веществ — простагландинов и лейкотриенов. В разных клетках организма превалирует один или другой путь образования вторичных посредников, что в конечном счете и определяет физиологический эффект гормона. Через рассмотренную систему вторичных посредников реализуются эффекты адреналина (при связи с альфа-адренорецептором), вазопрессина (при связи с V-1-рецептором), ангиотензина-И, соматостатина, окситоцина.

2. Фосфолипазы А2

2.1 Общие сведения (реакция, открытие, строение)

Фосфолипаза А2 (К.Ф.3.1.1.4.) – фермент, катализирующий отщепление остатка жирной кислоты - лецитин, кефалин - от фосфолипидов, превращая их в токсичные соединения, сильно уменьшающие поверхностное натяжение. Эти соединения растворяют эритроциты и другие, клеточные и субклеточные структуры и поэтому его называют лизолецитинами и лизокефалинами

В молекуле фосфолипидов фосфолипаза пчелиного яда отщепляет жирную кислоту со второго места в молекуле и поэтому ее называют фосфолипазой А2. Она известна с 1897 года (Лангер) как фактор, усиливающий гемолитическую активность пчелиного яда после добавления лецитина. Фосфолипаза является наиболее исследованным энзимом пчелиного яда. Как пищеварительный фермент фосфолипаза была открыта в 1900 году. Сейчас очевидно, что фосфолипаза А2 (ФЛА2) – больше чем пищеварительный фермент. Она широко распространена и присутствует в большинстве клеток и тканей млекопитающих, выполняя функции регулятора метаболизма, поддержания мембранного гомеостаза, образования предшественников эйкозаноидов.

В зависимости от молекулярной массы, клеточной локализации и присутствия ионов Са2+ различают цитозольные ФЛА2, секреторные и Са-независимые ФЛА2 или ФЛА2 внешней мембраны.

ФЛА2 включают несколько не связанных белковых семейств с общей ферментативной активностью. Два наиболее важных семейства — это секретируемые и цитозольные фосфолипазы А2.

Цитозольные ФЛА2:

Внутриклеточные фосфолипазы, также как и внеклеточные, относятся к кальций-зависимым ферментам. Структурно, однако, они сильно отличаются от секретируемых фосфолипаз. Как правило, они значительно крупнее (более 700 аминокислот) и содержат C2 домен, который направляет фермент к клеточной мембране. Эти фосфолипазы в основном участвуют в клеточных сигнальных путях, таких как воспалительная реакция. Под действием ФЛА2в клетке может образовываться арахидоновая кислота, предшественник эйкозаноидов, таких активных сигнальных молекул как лейкотриены и простагландины.

ФЛА2 внешней мембраны:

Грам-отрицательные бактерии содержат на внешней мембране ФЛА2 с широким спектром специфичности. В кишечной палочке (Escherichia coli) этот фермент участвует в выбросе токсина бактериоцина из клетки за счёт повышенной проницаемости мембраны при увеличении уровня лизофосфолипидов и жирных кислот в мембране.

Секретируемые ФЛА2:

Экстраклеточные формы фосфолипаз были выделены из различных ядов змей, пчёл и ос. Они также находятся во всех тканях млекопитающих и в бактериях. Активность этих фосфолипаз требует наличия кальция.

Фосфолипаза А2 пчелиного яда во внеклеточном пространстве вблизи липидного бислоя. Полярные группы фосфолипидов находятся между жёлтой и красной плосткостями. Неполярные ацильные цепи — между красной и чёрной плоскостями.

Панкреатическая фосфолипаза относится к ферментам пищеварения и участвует в переваривании липидов пищи. Фосфолипазы яда участвуют в обездвиживании жертвы за счёт лизиса её клеток.

2.2 Классификация и свойства

2.2.1 Цитозольные ФЛА2

История цитозольных фосфолипаз группы А2 началась в 1991 г., когда из цитозоля различных клеток животных был выделен и клонирован белок молекулярной массой 85 кДа, который кроме молекулярной массы отличался от известных к тому времени фосфолипаз отсутствием дисульфидных мостиков и чувствительностью к кальцию. Позже скрининг нуклеотидных баз позволил найти ещё два паралога – cPLA2b и cPLA2g. Первый из найденных белков получил название cPLA2a. Называясь «цитозольным», фермент действует тем не менее на мембранах цитоплазматического ретикулума и ядра. Эта изоформа ФЛА2 присутствует во многих клетках и тканях: мозге, почках, селезенке, легких, макрофагах, нейтрофилах, альвеолярных эпителиальных клетках и др. Фермент становится активным в результате фосфорилирования митоген-активируемыми протеинкиназами и протеинкиназой С. Различные внеклеточные цитокины, митогены, гормоны, нейромедиаторы, факторы роста, антигены, эндотоксины, а так же определенные физические и стрессовые воздействия, включая ультрафиолетовый свет и оксидативный стресс, индуцируют активацию и синтез цитозольной ФЛА2.

Основной особенностью этого изотипа фермента является то, что он наиболее активно гидролизует фосфолипидные субстраты, содержащие во втором положении арахидоновую кислоту. Такая субстратная селективность и определяет основную функцию фермента в клетке.

Методом ядерного магнитного резонанса была охарактеризована пространственная структура этого фермента; несколько позже появились рентгеноструктурные данные. Фермент гидролизует сложноэфирную связь в положении sn-2. Для проявления максимальной ферментативной активности требуются сравнительно низкие концентрации ионов Ca2+ (порядка 500 нмоль/л); причём присутствие ионов Ca2+ необходимо не для проявления ферментативной активности, а для связывания белка с поверхностью внутриклеточных мембран или в случае модельных систем – с липидными частицами. Фермент практически не различает группы в положении sn-1, но обладает специфичностью к фосфолипидам, содержащим арахидоновую кислоту в положении sn-2. Олеиновая (18: 1) и линолевая (18: 2) кислоты под действием cPLA2a слабо отщепляются от соответствующих фосфолипидов, но a-линолевая (18: 3) и эйкозапентаеновая (20: 5) кислоты имеют преимущества перед арахидоновой кислотой. Поскольку указанные кислоты находятся в клетках в крайне низких концентрациях, то фосфолипиды с арахидоновой кислотой в положении sn-2 становятся основным субстратом. Фермент не проявляет специфичности к заместителю в положении sn-3, но тем не менее диацилглицерин не является его субстратом. Помимо основной активности фермент проявляет и лизофосфолипазную активность, т. е. способен отщеплять ацил из положения sn-1 лизофосфолипида. Предполагают, что эта активность нужна для защиты клетки от повышенной концентрации лизофосфолипидов, при которой могут нарушаться функции мембран. Показано, что фермент может также проявлять трансацилазную активность. Биологическое значение этой активности изучается.

Паралоги цитозольной ФЛА2 описаны совсем недавно и сведения об их свойствах ограничены. Известно, что белок cPLA2g не содержит кальцийсвязывающего домена и не зависит от ионов Ca2+; имеет всего 29 % сходства с аминокислотной последовательностью белка cPLA2a. Он связан с мембраной за счёт пальмитинового сайта и проявляет в основном изофосфолипазную активность. Показано его участие в развитии апоптоза макрофагов. Белок cPLA2b имеет кальцийсвязывающий домен, но также проявляет преимущественно свойства ФЛА1, т.е. гидролизует связь sn-1.

Фермент cPLA2a – единственная на сегодняшний момент фосфолипаза, которая специфична к арахидоновой кислоте и предпочитает субстраты, локализованные в мембране, а не находящиеся в мономерной форме в растворе. Возможно, эти свойства можно объяснить существованием амфифильной «крышки» (аминокислотные остатки 413-457), которая предотвращает вход жирнокислотного остатка фосфолипида в туннель активного центра в случае, если белок не локализован на мембранах. «Крышка» открывается при взаимодействии белка с анионными липидами мембраны. Межфазный катализ, осуществляемый этим ферментом, интенсивно изучается.

Открытие цитозольной ФЛА2 в конце 1980-х гг. дало толчок к изучению регуляции синтеза эйкозаноидов в организме при остром ответе на различные провоспалительные стимулы. Регуляция секреторной фосфолипазы происходит на уровне её экспрессии, а активность цитозольной фосфолипазы в клетке регулируется также на уровне активности фермента. Основными факторами, влияющими на активность цитозольной фосфолипазы являются концентрация внутриклеточного Са2+ и фосфорилирование этого фермента протеинкиназами. Концентрация ионов Са2+ и активность различных протеинкиназ в клетке являются весьма лабильными параметрами, изменяющимися в течение нескольких секунд после связывания лигандов - агонистов с соответствующими клеточными рецепторами, что позволяет эффективно регулировать в клетке продукцию арахидоновой кислоты и соответственно синтез эйкозаноидов.