ЦИКЛИЧЕСКИЕ НУКЛЕОТИДЫ
нук-леотиды,
в
молекулах к-рых остаток фосфорной кислоты, связываясь с углеродными атомами
рибозы в 5' и 3' положениях, образует кольцо; универсальные регуляторы
биохим. процессов в живых
клетках. Наиболее изучен циклич. 3',5'-аденозинмонофосфат
(цАМФ)- белый порошок, хорошо растворимый в воде. цАМФ открыт в 1957 амер.
биохимиком Э. Сазерлендом с сотрудниками при исследовании механизма
активации фермента фосфорилазы печени гормонами глюкагоном и адреналином.
В тканях животных и человека цАМФ служит посредником в осуществлении многообразных
функций различных гормонов и др. биологически активных соединений (нек-рых
медиаторов, токсинов, лактинов). У бактерий при недостатке в среде легкоусвояемых
соединений, например глюкозы, увеличивается содержание цАМФ в клетке, что
приводит к биосинтезу адаптивных (индуцируемых) ферментов, необходимых
для усвоения др. источников питания. Уровень цАМФ в клетках сальмонеллы
Salmonella thyphimurium определяет будущее попавшего в неё фага (при высокой
концентрации цАМФ происходит лизогенизация культуры бактерий, при
низкой - фаг вызывает её лизис). У миксоамёбы Dictyostelium dis-coideum
цАМФ играет роль аттрактан-та, привлекающего клетки друг к другу.
У высших растений цАМФ опосредует влияние фитохрома на синтез пигментов
бетационинов (у Amaranthus panicu-latus).
Концентрация цАМФ в тканях млекопитающих
очень мала и составляет десятые доли микромоля на 1 кг сырой ткани
(10-7-10-6 моль). При активации аденилатциклазы,
катализирующей биосинтез цАМФ, или блокировании фосфо-диэстеразы, осуществляющей
гидролиз этого нуклеотида, концентрация цАМФ в клетке быстро увеличивается.
Т. о., содержание цАМФ в клетке определяется соотношением активностей этих
двух ферментов. Связь между гормоном или др. хим. сигналом (первый "посредник")
и цАМФ (второй "посредник") осуществляет т. н. аденилатциклазный комплекс,
включающий рецептор, настроенный на определённый гормон (или др. биологически
активное вещество) и расположенный на внеш. стороне клеточной мембраны,
и аденилатциклазу, расположенную на внутр. стороне мембраны. Гормон, взаимодействуя
с рецептором, во мн. случаях активизирует аденилатциклазу, к-рая катализирует
биосинтез цАМФ. Концентрация цАМФ, образующегося т. о. в клетке, превышает
концентрацию действующего на клетку гормона в 100 раз. В основе механизма
действия цАМФ в тканях животных и человека лежит его взаимодействие с про-теинкиназами
- ферментами, активность к-рых проявляется в присутствии этого нуклеотида
(см. схему). Связывание
цАМФ с регуляторной субъединицей протеинкиназы
приводит к диссоциации фермента и активации его каталитич. субъединицы,
к-рая, освободившись от регуляторной субъединицы, способна фосфорилировать
определённые белки (в т. ч. ферменты). Изменение свойств этих макромолекул
путём фосфори-лирования меняет и соответствующие функции клеток. Напр.,
при действии адреналина на клетки печени происходит фосфорилирование двух
ферментов -фосфорилазы и гликогенсинтетазы. Фос-форилаза при этом активируется,
что приводит к быстрому гидролизу гликогена - запасного вещества печени.
Одновременно с началом гидролиза гликогена прекращается его новый синтез,
т. к. фермент, участвующий в его образовании,-гликогенсинтетаза при фосфо-рилировании
его протеинкиназами теряет свою активность. Один и тот же гормон, действуя
через посредство цАМФ, в разных тканях вызывает различные функциональные
ответы, зависящие от особенностей данной ткани. При стрессе, когда потребность
в энергии очень велика, мозговой слой надпочечников в повышенном кол-ве
образует гормон адреналин. В печени адреналин обусловливает активное расщепление
(фосфоролиз) гликогена, образование фосфорных эфиров глюкозы и выброс в
кровь большого кол-ва глюкозы, в жировой ткани - приводит к гидролизу липидов,
достигнув сердца,- увеличивает силу сокращения сердечной мышцы, усиливает
кровообращение и улучшает питание тканей, осуществляя мобилизацию всех
сил организма. цАМФ играет определённую роль в морфологии, подвижности,
пигментации клеток, в кроветворении, клеточном иммунитете, вирусной инфекции
и др. Нек-рые медиаторы, напр, ацетилхолин, могут ускорять образование
др. Ц. н.-3',5'-гуанозинмонофосфата (цГМФ), к-рый синтезируется в клетке
из гуано-зинтрифосфата при активации фермента гуанилатциклазы, входящей
в гуанилат-циклазный комплекс, расположенный в клеточной мембране. Характерно,
что мн. эффекты цГМФ прямо противоположны эффектам цАМФ. Антагонистич.
отношения Ц. н. проявляются чаще всего в сложных системах, когда для регуляции
клеточной функции требуется разновременная модификация мн. белков, осуществляемая
согласованным действием попеременно активируемых цАМФ- и цГМФ-зависимых
протеинкиназ. У бактерий цАМФ, соединившись
Схема механизма действия цАМФ в клетках
животных и растений. АТФ - аденозин-трифосфат; АДФ -аденозиндифосфат; Фн-фосфат;
фф-пирофосфат.
с неферментным рецепторным белком, присоединяется
к ДНК и позволяет ферменту РНК-поли-меразе начать транскрипцию гена,
ответственного за синтез индуцируемого фермента (см. Оперон). Т.
о., механизм действия цАМФ у бактерий и в тканях животных и человека принципиально
различен. Исследования роли Ц. н. в живых клетках - одно из наиболее быстро
развивающихся направлений в биохимии, уже внёсшее существенный вклад в
понимание механизмов биол. регуляции на молекулярном уровне.
Лит.: Боннер Д ж., Гормоны миксо-мицетов
и млекопитающих, в кн.: Молекулы и клетки, пер. с англ., в. 5, М., 1970;
В а-сильев В. Ю., Гуляев Н. Н., Северин Е. С., Циклический аденозинмонофос-фат
- биологическая роль и механизм действия, "Журнал Всесоюзного химического
общества им. Д. И. Менделеева", 1975, т. 20, № 3; Д о м а н Н. Г., Феденко
Е. П., Биологическая роль циклического АМФ, "Успехи биологической химии",
1976, т. 17; Фёдоров Н. А., Циклический гуанозин-монофосфат (цГМФ): метаболизм
и его биологическая роль, "Успехи современной биологии", 1976, т. 82, в.
1(4); Sutherland Е. W., Roll T. W., The properties of an adenine
ribonucleotide produced with cellular particles, ATP, Mg++ and
epinephrine or glucagon, "Journal of the American Chemical Society", 1957,
v. 79, № 13; Advances in cyclic nucleotide research, v. 1-6, N. Y.-Amst.,
1972-75. Е. Я. Феденко.
А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я