Если так много разных гормонов/молекул работают, активируя аденилатциклазу, как они имеют разные эффекты?

Как гормоны/молекулы могут иметь разные эффекты, если все они работают через цАМФ? Короткий ответ заключается в том, что экспрессия рецепторов на типах клеток очень специфична, и только если клетка имеет определенный рецептор, она будет реагировать на определенный гормон. Таким образом, два разных гормона могут иметь разные биологические эффекты, потому что клетки, содержащие эти рецепторы, очень специфичны. В целом именно наличие специфических клеточных рецепторов определяет специфичность гормонов и их эффекты.

Немного более подробного ответа... Это классическая концепция аспирантуры по физиологии, которая стала настоящим шагом вперед в нашем понимании действия гормонов в 1950-х/1960-х годах. Эрл Сазерленд , получивший в 1971 году Нобелевскую премию по физиологии и медицине за эту работу, работал на факультете Университета Кейс Вестерн Резерв (а позже и в Университете Вандербильта ). Доктор Сазерленд изучал действие гормонов, участвующих в метаболизме гликогена (т.е. синтезе гликогена и распаде гликогена). Эти классические исследования идентифицировали вещество, которое теперь известно как циклический АМФ .(цАМФ), внутриклеточная концентрация которого повышалась в клетках печени, обработанных гормонами, стимулирующими расщепление гликогена. Наоборот, цАМФ снижался под действием гормонов или других условий, связанных с синтезом гликогена. Самое интересное, что было установлено, что различные гормоны, которые либо увеличивали, либо уменьшали синтез/расщепление гликогена, оказывали сходное влияние на внутриклеточные концентрации цАМФ (например, адреналин, глюкагон). Это предполагало, что каким-то образом цАМФ был общей сигнальной молекулой (или «вторичным мессенджером»), которая передала внеклеточный гормональный сигнал внутрь клетки для оказания биохимического эффекта (в данном случае стимулируя расщепление гликогена).

В случае исследований Сазерленда повышенная концентрация цАМФ стимулировала активность протеинкиназы А (ПКА) , а ее отсутствие снижало активность ПКА и позволяло преобладать действиям протеинфосфатаз. Например, когда глюкагон связывается со своим рецептором на гепатоцитах (клетках печени), этот рецептор соединяется с внутриклеточным ферментом ($G_S$), который активируется, а затем может активировать фермент, называемый аденилатциклазой , который увеличивает синтез цАМФ из АТФ. Увеличение цАМФ затем связывается с PKA и фосфорилирует ферменты синтеза гликогена и ферменты расщепления. Когда синтетические ферменты гликогена фосфорилируются PKA, они неактивны, и, наоборот, когда фосфорилируются ферменты расщепления, они активны. Таким образом, активация рецептора гликогена приводит к активации механизма расщепления гликогена и ингибированию механизма синтеза гликогена. Это имеет физиологический смысл, если подумать: гликоген усиливает расщепление гликогена в печени и увеличивает высвобождение глюкозы печенью в кровоток.

Короче говоря, как только группа Сазерленда продемонстрировала важность цАМФ как вторичного мессенджера внутри клетки, другие группы начали понимать, что многие другие гормоны вызывают изменения внутриклеточного цАМФ, но каждый из них имеет свои собственные эффекты. Различия в этих эффектах определялись типом клеток, на которые действовал гормон, и тем, был ли этот рецептор связан с конкретной системой вторичных мессенджеров. Таким образом, на клеточной поверхности может быть любое количество рецепторов, способных связывать внеклеточные лиганды (например, гормоны, питательные вещества, лекарства). Однако каждый из этих различных гормонов может быть «связан» или связан с различными типами внутриклеточных процессов «вторичного мессенджера» для передачи сигнала.

Как вы упомянули в вопросе, цАМФ является общей системой вторичных мессенджеров для различных типов клеток. Однако эти разные типы клеток имеют разные рецепторы, связанные с цАМФ. Таким образом, гормоны могут оказывать различное действие в зависимости от тканей, экспрессирующих рецепторы. Например, рецептор глюкагона экспрессируется на гепатоцитах, что увеличивает$G_S$активности и, следовательно, цАМФ, что приводит к расщеплению гликогена и увеличению продукции глюкозы в печени. Точно так же$\beta_2$адренергический рецептор, который связывает адреналин/норадреналин на гладких мышцах, также связан с$G_S$что увеличивает цАМФ и приводит к расслаблению гладкой мускулатуры. Эти очень разные гормоны имеют разные биологические эффекты в разных тканях, даже несмотря на то, что оба эффекта обусловлены цАМФ-зависимыми механизмами. Короче говоря, именно рецепторы, присутствующие в клетке, определяют реакцию конкретной клетки на этот гормон.

Это графически показано на изображении ниже из этой ссылки медицинской биохимии в жировой ткани, хотя та же концепция верна для клеток печени. Через свой рецептор глюкагон сигнализирует об увеличении активности аденилатциклазы, цАМФ, а затем активности ПКА, в то время как инсулин ингибирует эту активацию, увеличивая активность ФДЭ (фосфодиэстеразы), которая расщепляет цАМФ и впоследствии поддерживает ПКА в неактивной форме.