Суперсімейства рецепторів ГАМК гліціновие та 5 НТ рецептори

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

Суперсімейства рецепторів ГАМК, гліціновие і 5-НТ рецептори

Іонна вибірковість ліганд-активуються іонних каналів
Однією з характерних рис будови іонних каналів є те, що їх внемембранние частини значно видаються над поверхнею мембрани. Unwin відзначає, що в катіонних каналах стінки виступаючого вестибюля каналу мають надлишковий негативний заряд, тоді як аніонні канали в цих місцях заряджені надлишково позитивно. Так як відкритий канал має близько 2 нм в діаметрі, а ефективний радіус електростатичної взаємодії у фізіологічних розчинах становить близько 1 нм, позитивний заряд у вестибюлі каналу може сприяти акумуляції в ньому негативних іонів, наприклад, хлоридів у гирлі гліцінового рецептора. Навпаки, в катіонних каналів в негативно зарядженому вестибюлі можуть накопичуватися позитивно заряджені натрій і кальцій. Акумуляція іонів у вестибюлі може сприяти процесу відбору аніонним каналом аніонів, а катіонних каналом - катіонів. Треба врахувати також, що акумуляція іонів буде сприяти збільшенню провідності каналів (нагадаємо, що провідність каналу залежить від концентрації іонів).

Потенціал-активуються канали

До каналів, специфічно активуються деполяризацією клітинної мембрани, відносяться потенціал-актівіруемие натрієві канали, що відповідають за фазу деполяризації потенціалу дії, і потенціал-актівіруемие калієві канали, асоційовані, з мембранної реполяризації. У цю групу також входять потенціал-актівіруемие кальцієві канали, які в деяких тканинах відповідають за генерацію потенціалу дії і підтримка тривалої деполяризації, а також виконують багато інших функцій, таких як м'язове скорочення та звільнення нейротрансмітерів. Кожне з цих трьох сімейств каналів має ряд ізоформ, представлених у різних біологічних видів і в різних частинах нервової системи. Подібно АХР і його аналогів, вони також становлять суперсімейство єдиного генетичного походження.
Потенціал-актівіруемие натрієві канали
Методи, які були використані для характеристики молекулярної структури АГР, були також успішно застосовані до потенціал-активована каналах. Ключовими кроками в цьому процесі були біохімічна екстракція та ізоляція протеїну з подальшим виділенням клонів кДНК і розшифровкою амінокислотної послідовності. Також як у випадку АГР, електричні риби - на цей раз вугор Electrophorus electricus - з'явилися багатим джерелом канального білка, а високоафінні токсини, такі як тетродотоксин (ТТХ) і саксітоксін (STX), забезпечили процес ізоляції протеїну. Обидва цих токсину блокують іонну провідність нативних каналів, закупорюючи пору відкритого каналу. Пізніше натрієві канали були ізольовані з мозку та скелетних м'язи. Натрієвий канал, виділений з електричного вугра, складається з одного великого (260 кБ) пептиду і є типовим представником сімейства структурно подібних протеїнів.
У мозку ссавців ключова 260 кД - субодиниця натрієвого каналу асоційована з двома додатковими субодиницями: (36 кБ) та (33 кБ). Показано, що присутність субодиниці значно підвищує швидкість інактивації натрієвого каналу. У мозку було знайдено кілька різних варіантів мРНК, що кодують субодиницю, що пояснює наявність різних підтипів натрієвого каналу. Принаймні два додаткових ізоформи натрієвого каналу виділені з скелетному м'язі ссавців - одна з дорослої м'язи (RSkMl), й інша, характерна для ембріональної або денервированной м'язи (RSkM). Третя ізоформа цього каналу виявлена ​​в серцевому мишцемлекопітающіх). Після трансляції відбувається інтенсивне глікозилювання канального білка. Так, близько 30% маси натрієвого каналу вугра становлять вуглеводи, що містять великі кількості сиаловой кислоти.
Амінокислотна послідовність і третинна структура натрієвого каналу
Натрієвий іонний канал вугра являє собою пептид з послідовністю із 1832 амінокислот, в якому виділяють чотири наступних одним за одним домену (I-IV), кожен з яких містить від 300 до 400 залишків. Ці домени мають приблизно 50%-ву гомологію амінокислотних послідовностей. Кожен домен є структурним еквівалентом одного субодиниці канальних білків сімейства АХР. Однак на відміну від АХР всі домени натрієвого каналу з'єднані разом в єдиний білок. У межах кожного домена є множинні гідрофобні або змішані гідрофобно / гідрофільні (амфотерні) послідовності, що забезпечують формування трансмембранних сегментів.
Відповідно до загальноприйнятої моделі топології каналу кожен домен має шість таких трансмембранних сегментів (S1-S6). Так само як у випадку АГР, домени натрієвого каналу розташовуються кільцем навколо пори іонного каналу. Особливо цікавий сегмент S4, який є в усіх чотирьох доменах і несе позитивно заряджений аргінінових або лізіновий залишок у кожній третій позиції трансмембранного сегменту. Передбачається, що ця властивість забезпечує чутливість каналу до електричного поля і воно є у всіх потенціал-активуються іонних каналів.
Потенціал-актівіруемие кальцієві канали
Сімейство потенціал-активуються кальцієвих каналів містить кілька підтипів, які були класифіковані за їх функціональними властивостями, таким як чутливість до деполяризації мембрани і тривалість відкритого стану. Ізоформи кальцієвих іонних каналів були клоновані з скелетної, серцевої і гладкою м'язи, а також з мозку. Амінокислотна послідовність первинної канал-формуючої субодиниці) подібна аналогічної субодиниці потенціал-активованого натрієвого каналу). Зокрема, трансмембранні сегменти S1-S6 гомологічних таким натрієвого каналу. На підставі цього передбачається, що кальцієвий і натрієвий канали мають однакову третинну структуру (рис. 3.6В).
Хоча для формування функціонуючого кальцієвого каналу в чужорідних клітинах достатньо тільки субодиниці, в нативних клітинних мембранах знайдено три додаткові субодиниці: димер з позаклітинним пептидом, пов'язаним з трансмембраним пептидом дисульфідній зв'язком; внутрішньоклітинний прімембранной білок, і інтегральний білок з чотирма трансмембранний домен. Коекспресій різних комбінацій субодиниць дозволила припустити, що субодиниці впливають як на провідність каналу, так і на його кінетику.
Потенціал-актівіруемие калієві канали
Потенціал-чутливі калієві канали відіграють важливу роль у процесах збудливості і провідності. Цілий ряд різних генів кодує різноманітні типи калієвих каналів. Перший калієвий канал, у якого була встановлена ​​амінокислотна послідовність, був виділений у Drosophila. Він був названий Shaker за генетичним мутанту, у якого було виявлено дефект цього каналу. Особливість цих мутантних мушок полягала в тому, що вони тремтіли (shaking), коли для їх підрахунку їх анестезированного ефіром. Настільки легко розпізнати їхню мутація забезпечила зручний методичний підхід для клонування цього калієвого каналу, що не вимагає обов'язкової ідентифікації білка. Генетичний аналіз дозволив встановити область зразкового розташування гена Shaker в геномі Drosophila. Подальше зіставлення нормальної і мутантної послідовностей в цій галузі призвело до ідентифікації гена shaker.
Несподіваним було те, що амінокислотна послідовність отриманого білка виявилося набагато коротше такої у потенціал-активованого натрієвого або кальцієвого каналу. Пептид калієвого каналу содержалтолько один домен, подібний IV домену натрієвого каналу вугра. Експериментальні дані вказують на те, що в мембрані окремі субодиниці калієвого каналу об'єднуються, формуючи мультімерние іонні канали 46). У Drosophila були клоновані чотири окремі підродини калієвих каналів (названі Shaker, Shab, Shaw, Shal). У ссавців знайдені аналоги для всіх цих типів, Shaker2 і т.д.). Ізоформи одного і того ж підродини після експресії здатні формувати гетеромультімерние канали, тоді як ізоформи, що належать різним підродини, такою здатністю не володіють.
Подібно натрієвим і кальциевому каналах, потенціал-актівіруемие калієві канали зазвичай експресуються разом з додатковими субодиницями.
Скільки субодиниць в калієвому каналі?
Порівняння структури калієвого каналу з будовою родинних натрієвого і кальцієвого каналів дозволило висловити припущення, що повноцінний калієвий канал представлений ансамблем чотирьох субодиниць (тетрамером). Для вивчення цього питання були проведені ефектні експерименти з блокатором калієвого каналу charybdotoxin (СГХ) у поєднанні з використанням мутантів, резистентних до даного токсину. Субодиниці нативного і мутантного типів калієвого каналу Drosophila були експресувати в ооцит в різних пропорціях. При використанні тільки нативних субодиниць калієвого каналу, що формують гомомультімерние канали, калієві струми в мембрані ооцита повністю блокувалися високими концентраціями СТХ. Мутантні канали при цьому практично не блокіровалісьТокі в ооцитах, ін'єктовані як мутантної, так і нативної мРНК, блокувалися лише частково.
Для трактування цих експериментів ключове значення мав той факт, що зв'язування СТХ навіть однієї субодиницею каналу вже достатньо для блокування всього канального комплексу та припинення струму. Отже, в ооцитах, ін'єктовані сумішшю нативного і мутантного типів, незачепленими токсином залишаться тільки гомомультімерние канали, утворені виключно мутантними субодиницями. Фракція таких каналів, сформованих випадкової асоціацією субодиниць нативного і мутантного типів, може бути підрахована за співвідношенням кількості ін'єкційованого мРНК для мутантного і нативного типів каналу. Наприклад, якщо канал складається з чотирьох субодиниць і 90% РНК є мутантної, то ймовірність формування каналів, що складаються лише з мутантних субодиниць, складе ([0,9]), або 66%. Решта 34% каналів будуть мати щонайменше одну субодиницю нативного типу і будуть схильні до блокуючого дії токсину. Аналогічний підрахунок пророкує, що блокуючий ефект СТХ повинен скласти 27% для каналів-тримерів (каналів, що складаються з 3 субодиниць) і 41% для пентамеров (5 субодиниць). Оскільки у зазначених експериментах спостерігалося блокування каналів на 34%, дивно збігається з прогнозом, було зроблено висновок про тетрамерной структурі калієвих каналів.
Будова пори потенціал-активуються каналів
Загальною ознакою амінокислотних послідовностей всіх потенціал-активуються каналів є помірно гідрофобну ділянку в позаклітинній петлі між S5 і S6 сегментами Так само як в експериментах, описаних раніше для М2 ділянки АГР, мутації в цій ділянці калієвого каналу Shaker знижували спорідненість каналу для блокуючого дії тетраетіламмонія (TEA ) і змінювали провідність каналу. Було зроблено висновок, що ця ділянка занурений вглиб каналу і бере участь у формування іонної пори). Цей висновок підтверджувався також даними рентгенівської дифракції каналу. Петля S5-S6 формує коротку спіраль, яка занурена в центр каналу; амінокислоти, висхідні від нижнього кінця спіралі, утворюють верхню частину іонної пори. Мутації в області пори істотно зачіпають іонну вибірковість потенціал-активуються іонних каналів. Наприклад, в натрієвих каналах мозку щура заміна в області пори в третьому домені позитивно зарядженого глутамату на негативно заряджений лізин призводить до появи характеристик, властивих кальцієвим каналах. Замість селективної проникності для натрію мутантний канал має низьку вибірковість для моновалентних катіонів. Крім того, при фізіологічних концентраціях іонів, більша частина струму через такий канал забезпечується кальцієм.
Аналіз структури калієвого каналу з високою роздільною здатністю
Структура калієвих каналів Streptomyces lividans (K CS A канали) була вивчена рентгенівської кристаллографией з роздільною здатністю 3,2 А). Бактеріальні канали відносяться до класу калієвих каналів, субодиниці яких замість шести трансмембранних доменів мають тільки два. Іншим прикладом такого двухдоменного білка є калієвий канал внутрішнього випрямлення, який буде обговорюватися пізніше. Два сегменти калієвого каналу є структурними еквівалентами сегментів S5 і S6 у потенціал-активуються каналах. Незважаючи на різне число трансмембранних сегментів, амінокислотна послідовність у пору-формуючої петлі S5-S6 дивно консервативна у всіх калієвих каналів). Перевагою дослідження бактеріального калієвого каналу є те, що він може бути продукувати у великих кількостях, достатніх для кристалізації, що робить можливим проведення рентгенівської дифракції.
K CS A канал є тетрамером представляє канал у розрізі і показує більшу частину його структурних деталей. Поруч з NH 2-кінцем кожної субодиниці є зовнішня спіраль, яка пронизує мембрану від цитоплазматичної сторони до зовнішньої поверхні. За зовнішньої спіраллю слід коротка спіраль, спрямована в пору. Потім розташовується внутрішня спіраль, яка повертається до цитоплазматичної стороні. З'єднують петлі між зовнішньою і короткою спіралями утворюють чотири піднесення, що оточують зовнішнє отвір пори і містять зв'язують сайти для TEA та інших блокуючих канал токсинів У кожній субодиниці петля між центральним кінцем короткої спіралі і внутрішньої спіраллю формує структуру іонної пори. Чотири такі петлі, об'єднуючись, утворюють вузький прохід, відповідальний за іонну вибірковість каналу - селективний фільтр. Щодо велика центральна порожнину і нижня внутрішня пора з'єднують селективний фільтр з цитоплазмою.
Вибірковість для калію досягається як розміром, так і молекулярною будовою селективного фільтра. Діаметр фільтру складає близько 0,3 нм і амінокислоти в його стінці орієнтовані таким чином, що послідовні кільця, утворені чотирма карбоксильними групами (по одній від кожної субодиниці), звернені всередину пори. Діаметр пори достатній для проходження дегідратованих іона калію (діаметром близько 0,27 нм). Слід зауважити, що дегідратація проникаючого іона могла б зажадати значної енергії. Однак цей фактор мінімізується за рахунок кисню стінки каналу, який замінює атоми кисню води в гідратованої молекулі. Іони меншого розміру, такі як натрій (діаметр 0,19 нм) або літій (діаметр 0,12 нм), не здатні проникнути через калієвий канал, оскільки вони не можуть сформувати досить щільний контакт одночасно з усіма чотирма кисню, тому вони залишаються гідратованих. Іони більшого розміру, такі як цезій (діаметр 0,33 нм), не можуть проникнути через пору з-за своїх розмірів. Ці структурні основи іонної вибірковості цілком узгоджуються з традиційними поглядами на іонну проникність каналів.
Метод рентгенівської дифракції зможе забезпечити новими даними про поки що маловивчених структурних змінах, що відбуваються при відкритті воріт калієвого каналу. Наприклад, загадкою є локалізація воріт, оскільки в калієвих каналах Shaker докладені з цитоплазматичною боку речовини мають при відкритому каналі вільний доступ всередину пори, хоча тоді, коли канали закриті, вони можуть проникати всередину каналу тільки на дуже коротку дистанцію. Отже, ворота повинні знаходитися зовсім поруч із входом, з цитоплазматичною боку іонної пори.

Література
1. Малиновський А.А. Тектологія. Теорія систем. Теоретична біологія.
2. Людський потенціал: досвід комплексного підходу. Ред. Фролов І.Т.
3. Золотов Ю.А., Іванов В.М., Амелін В.Г. Хімічні тест-методи аналізу.
4. Фролов М.В., Милованова Г.Б. Електрофізіологічні перешкоди і контроль стану оператора.
5. Системні аспекти психічної діяльності. Під ред. Судакова К.В. та ін
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Біологія | Реферат
31.1кб. | скачати


Схожі роботи:
Суперсімейства рецепторів ГАМК гліціновие і 5-НТ рецептори
Типи рецепторів
Механізми дії блокаторів н2 гістамінових і м1 холінергічних рецепторів у лімфоцитах периферичної
NMDA-рецептори
Антитіла й клітинні рецептори для них
Нейрональні рецептори в клітинах імунної системи
Клітинна поверхня рецептори Рециклювання мембран і передача сигналів
Т і В лімфоцити Рецептори субпопуляції Кооперація клітин в імунній відповіді
Аналізатори їх структура Подразники та їх природа Рецептори органи чуття та їх значення
© Усі права захищені
написати до нас