Физиологи называют реакцию организма на адреналин реакцией типа «бей или беги» . Для этого нужно много энергии и она высвобождается из «энергетических запасов» клеток. Под влиянием адреналина происходит повышение содержания глюкозы в крови и усиление тканевого обмена.
Достаточно давно было установлено, что адренорецепторы («адреналиновые рецепторы») имеются чуть ли не во всех тканях нашего организма. Но как они работают, т. е. как клетки узнают о том, что нужно запускать процессы «погашения» адреналина?
Адреналин захватывается адренорецептором, который «встроен» сквозным элементом в клеточную мембрану. Рецептор, начав взаимодействие с молекулой адреналина на внешней поверхности клеток, затем втягивает ее внутрь клеточной мембраны. При этом изменяется пространственное расположение (конформация) семи связанных друг с другом сегментов (доменных элементов) адренорецептора, которые с внутренней стороны мембраны связаны с особым белком (G-белок). Понятно, что внедрение молекулы адреналина внутрь рецептора, изменяющее его структуру, изменяет и характер связи элементов рецептора с G-белком. Это воздействие активирует его.
Внутриклеточные G-белки и являются универсальными посредниками при передаче гормональных сигналов от рецепторов клеточной мембраны к другим, находящимся внутри клетки белкам («эффекторным белкам»), которые и вызывают конечный клеточный ответ.
Не рассматривая подробно механизм действия активированного G-белка, скажем только, что он является катализатором процесса энерговыделения в клетке и, как всякий катализатор, запустив процессы работы эффекторных белков, возвращается в состав рецептора в исходном неактивном состоянии.
Рецепторы, за исследование которых была получена премия, называются GPCR – G-protein-coupled receptors. (Они известны и под названиями семиспиральные рецепторы или серпентины).
Серпентины являются передатчиками сигналов внутрь клеток, позволяя им, различным органам и системам организма общаться друг с другом, а также получать информацию об окружающей среде. Существует более 800 различных GPCR, которые находятся в мембранах клеток человека и распознают широкий диапазон внеклеточных агентов, включающих ионы, гормоны, пептиды и т. д. Примерами хорошо известных молекул, на которые реагируют рецепторы, кроме адреналина, являются серотонин, дофамин, гистамин, кофеин, опиоиды и многие другие. Функции около 150 рецепторов, обнаруженных в геноме человека, остается невыясненной.
Процессы, контролируемые GPCR, дают нам возможность видеть, ощущать запахи, реагировать на опасность, испытывать боль или чувствовать эйфорию, поддерживать кровяное давление и регулировать сердцебиение, т. е. все, что необходимо для регулирования жизнедеятельности организма. Иногда сигнальные процессы нарушаются, приводя к многочисленным и зачастую тяжелым заболеваниям. Многие заболевания, однако, возможно излечить, воздействуя на рецепторы лекарственными препаратами. На самом деле около половины всех современных лекарств нацелены на рецепторы, сопряженные с G-белками. Таким образом, исследования, направленные на определения структуры GPCR рецепторов и механизмов передачи сигналов, должны позволить глубже понять причины многих заболеваний, а также дать толчок к разработке более эффективных лекарств с минимальными побочными эффектами.
История исследований GPCR насчитывает более 100 лет. Рецептор, реагирующий на свет – родопсин – был обнаружен и выделен в 1870 году немецким ученым Вильгельмом Кюне. К началу 70-х годов ХХ века было известно, что мышечные клетки можно активировать или тормозить путем воздействия определенными молекулами. Часть механизма внутриклеточных реакций тоже была известна, а также было ясно, что молекулы, возбуждающие клетки, не проникают внутрь клеток. Таким образом, было постулировано существование некоторой рецепторной субстанции, которая реагирует на внеклеточные молекулы и передает сигнал внутрь клеток.
Вот здесь и начинается химия. Поиском этой неуловимой рецепторной субстанции и занялся Роберт Лефковиц, используя адреналин со встроенным радиоактивным изотопом йода. Эти исследования позволили определить, что адреналин связывается с некоторым белком на поверхности клетки, который и является рецептором. То, что сигнал внутри клетки передается путем активирования G-белков внутри клетки, было к этому времени уже обнаружено Родбеллом и Гиллманом (за что оба ученых получили Нобелевскую премию по медицине в 1994 году).