ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 29.10.2023
Просмотров: 136
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Пример первый
Модель трансмембранных
структур потенциал-
управляемого кальциевого
канала
Канал построен из пяти субъединиц
(α1, α2, β, γ и δ), три из которых - α1, γ и δ
– прошивают плазматическую мембрану, причем их N- и C-концы расположены в цитоплазме. β-субъединица полностью находится в цитозольном пространстве, а
α2-субъединица, взаимодействующая че- рез S-S-мостики с δ-субъединицей, высту- пает над наружной стороной мембраны.
Все субъединицы, за исключением δ, со- единены между собой петлями. В виде цилиндров изображены α-спиральные уча- стки субъединиц; места фосфорили-рова- ния (Р) аминокислотных остатков показа- ны красным цветом
1
71
Пример второй
Хемочувствительный
ионный канал с никотиновым
ацетилхолиновым рецептором
Предполагаемая структура этого рецеп-тора, состоящая из пяти (а) субединиц бел-ковых молекул, большая часть которых вы-ходит за внешнюю поверхность плазматиче-ской мембраны. – поперечный разрез этих субъединиц: α1, α2, β, γ, δ. Субъединицы об- разуют «воротную систему» канала (б), они представлены аминокислотами α-спирали,
β- и δ-. Видно, что большая часть молекулы белка выходит за пределы внешней поверхности плазматической мембраны.
Каждая α-субъединица содержит связы- вающий центр для ацетилхолина, следова- тельно, с рецептором может связаться 2 мо- лекулы лиганда, а именно ацетилхолина
(нейротрансмиттера).
Ворота, находящиеся в пределах поры, открываются при связывании ацетилхолина с белком-рецептором.
1
72
Пятые
–
совместно-управляемые
. Они открываются одновременно как лиганда- ми, так и определенным по величине электрическим потенциалом мембраны. Можно сказать, что у них двойное управление.
Примером совместно-управляемых
ионных
каналов являются глутаматные лиганд-управляемые каналы.
Учитывая особенность этих рецепторов, следует рассмотреть их детальнее. Стру- ктурно N-метил-D-аспартата (NMDA) -рецептор представляет собой гетеротетрамер
и в неактивированной форме канал рецептора закрыт ионом Mg
2+
Блокатор ионного канала, каким является ион
Mg
2+ удаляется при деполяризации постсинаптиче- ской мембраны, на которой находится рецептор.
Важно подчеркнуть, что одновременно с этим для функционирования рецептора в синаптичес- кую щель должен поступить
глутамат.
Такая ак- тивация рецептора вызывает открытие ионного канала, неселективного к катионам, что ведет к притоку в клетку Na
+
и, в небольшом объеме Са
2+
,
K
+
покидает клетку. В отличие от других рецепто- ров , NMDA-р одновременно восприимчив к ли- гандам и к изменению мембранного потенциала.
Схема NMDA-рецептора: 1. Клеточная мембрана; 2. Канал, блокируемый магнием Mg
2+
; 3. Место блокировки
Mg
2+
; 4. Место связывания галлюциногенов; 5. Место связывания Zn
2+
; 6. Место связывания агонистов и/или антагонистов NMDA-рецепторов;7. Место гликозилирования; 8. Место связывания протонов; 9. Место связывания глицина; 10. Место связывания полиаминов; 11. Внеклеточное пространство; 12. Внутриклеточное пространств;
13. Комплексная (сложная) субъединица.
1
73
Постсинаптические рецепторы к глутамату классифицируются в соответствии с аффинностью (сродством) к трем экзогенным агонистам: квисгулату, каинату, N- метил-D-аспартату (NMDA).
Ионные каналы, активируемые квисгулатом и каинатом, подобны каналам, которые управляются никотиновыми рецепторами – они пропускают смесь катио- нов (Na
+
и К
+
), то есть по этому признаку являются лиганд-управляемыми.
Однако стимуляция NMDA-рецепторов имеет сложный характер активации: ионный ток, который переносится не только ионы Na
+
и К
+
, но также и ион Са
2+
, при открывании ионного канала рецептора зависит от потенциала мембраны. Эти рецепторы относятся, таким образом, к совместно-управляемым ионным каналам.
Подчернем еще раз, что эти рецепторы,
следовательно
, являются и
лигандными (хемочувствительными) и потенциал-зависимыми каналами
одновременно.
Шестые
–
стимул-управляемые
или
механочувствительные
каналы. К ним относятся
механочувствительные
ионные каналы волосковых рецепторных кле- ток, обеспечивающих слуховое восприятие. Они открываются под воздействием механического стимула.
Механочувствительные ионные каналы обнаружены в самых разнообразных клетках и органах, включая эндотелиальные клетки кровеносных сосудов, бароре- цепторы каротидного синуса, рецепторы прикосновения и давления в коже, мыше- чные рецепторы растяжения.
1
74
Седьмые
–
актин-управляемые
или
актин-регулируемые каналы. В электроневозбудимых клетках акти- вация и инактивация актин-упра- вляемых потенциалне-зависимых нат- риевых каналов контролируется про- цессами разборки-сборки примембра- нных микрофиламентов с участием актин-связывающих белков. Актино- вые элементы цитоскелета представ- ляют важнейшую часть потенциал- независимого воротного механизма, управляющего открыванием и зак- рыванием каналов. Именно сборка микрофиламентов на цитоплазматиче-
Методом фиксации напряжения было показано, что токи, лежащие в основе рецептор- ного потенциала в рецепторах растяжения, обусловлены увеличением проницаемости как для ионов Na
+
и К
+
, так и для двухвалентных катионов, а также для более крупных органических катионов, таких как аргинин. Увеличение проводимости, вызванное рас- тяжением, не чувствительно к тетродотоксину, однако подвержено влиянию некото- рых анестетиков. Рецепторные потенциалы в мышечных веретенах позвоночных так- же связаны с увеличением кати- онной проницаемости.
Модель механочувствительного
рецептора
ской стороне мембраны приводит к инактивации таких каналов.
1
75
Иные виды каналов
Коннексоны
, они образуют в мембранах
контактируюцих клеток
сквозные непрерывные каналы в зоне щелевых контактов, через которые соединяется внутренняя среда этих соседствующих клеток. Их состояние регулируется pH, потенциалом, ионами Са
2+
, фосфорилированием и другими факторами.
Межклеточные коннексоны (электрические контакты), каждый из которых состоит из шести субъединиц. Эти субединицы создают условия для контакта внутрен- ней среды двух контактируюхих клеток с помощь. кон- нексонов.
Энерго-управляемые транспортеры
(насосы) или ионные насосы, ионные помпы, ионные обменники.
К ним относятся
натрий-калиевыйнасос
,
протон-
ный
насос,
кальциевый
насос. Они не то, чтобы от- крываются для прохождения ионов, как каналы других видов, но и активно «протаскивают» через себя ионы, используя энергию расщепления АТФ. Поэтому они имеют специциальное название: «
ионные насосы
».
1
76
НОВЫЕ ВЗГЛЯДЫ НА ПРОИСХОЖДЕНИЕ
МЕМБРАННЫХ ПРОЦЕССОВ
По химическому строению все ионные каналы являются мембранными
гликопротеинами
, то есть являются сложными белками.
Что касается структуры, то по современным представлениям любой ионный канал имеет узкий
селективный фильтр
и
1 2 3 4 5 6 7
ворота
, причем образованы они раз- ными структурными элементами белка. Ворота могут открываться и закрываться в ответ на изменение мембранного потенциала, концентрации иона, механиче- ское воздействие, связывание с определенной сигнальной молекулой и прочего.
Катионные каналы (K
+
, Na
+
и Ca
2+
), зависящие от потенциала на мембране построены по одному принципу. Примером может быть структура одного из ка- нальных бактериальных белков (KvAP). Его четыре одинаковые молекулы (субъ- единицы) окружают центральную проводящую ионы пору, стенки которой
«облицованы» двумя гидрофобными спиральными сегментами – S5 и S6 – каж- дой субъединицы. Таких сегментов-спиралей, гибко соединенных между собой петлями,
шесть
. Вместе они составляют
два
разных функциональных участка –
селективный фильтр
(S5 и S6), определяющий ионную избирательность, и
сенсор
(S1-S4),
реагирующий на изменение потенциала(!).
В этом структур- ном элементе особенно важны первые четыре остатка аргинина, несущие поло- жительные заряды. За счет гибкости сочленения спиралей вся конструкция спо- собна менять конформацию, чем обеспечивается
закрытое
или
открытое
со- стояние ворот и избирательный
перенос катионов
1
77
Стереомодель
канала
белка
KvAP
и одной
субъединицы.
Тетрамер изо- бражен с внутренней стороны мемб- раны (1) и повернутым на 90° отно- сительно горизонтальной оси (2).
Каждая субъединица показана своим цветом. Одна из них представлена от- дельно (3) и дана также в виде схемы
(4), чтобы были отчетливее видны топология спиральных сегментов (S1-
S6), соединяющих петель (S3-петли,
S4-S5-линкера – соединяющий доме- ны пептид), канала и фильтра. Здесь же приведены остатки аргинина
(R117, 120, 123, 126, 133), четыре из которых находятся в «лопасти». Бук- вами C и N обозначены карбоксиль- ный и аминный концы полипептид- ной цепи.
1 3 2 4
Вместе они составляют два разных функциональных участка – селективный фильтр (S5 и S6), определяющий ионную избирательность, и сенсор (S1-S4), реагирующий на изменение потенциала. В этом структурном элементе особенно важны первые четыре остатка аргинина, несущие положительные заряды. За счет гибкости сочленения спиралей вся конструкция способна менять конформацию, чем обеспечивается закрытое или открытое состояние ворот и быстрый, избирательный перенос катионов.
1
78
В структуре тетрамера
калиевого канала
существуют четыре гидро- фильных остатка аргинина, которые встречаются во всех калиевых каналах.
Лауреат Нобелевской премии 2003 года
Родерик Мак-Киннон
назвал эле- мент S3b-S4 –
единицей сенсорных «лопастей».
Находящиеся в нем остат- ки положительно заряженного аргинина несут заряд, обеспечивающий
закрытое
или
открытое
состояние ворот.
Через петлю, разделяющую спирали S3b и S4, весь элемент соединен с той частью белковой субъеди- ницы, которая удерживает белок в липидном слое мембраны. Судя по структуре,
«лопасти»,
распо- ложенные сбоку от N-конца молекулы, ограничены петлей S3, а с С-конца соединены крутым витком
(шарниром) с остатком глицина (спираль S5). Та- кое сочленение позволяет
«лопастям»
свободно отклоняться относительно основного «тела» канала на внутренней стороне мембраны.
Установленное объемное расположение «лопастей» противоречило их локализации, основанной на электрофизиологических экспериментах. Кроме того, в традиционных моделях постулировалось, что четвертая спираль лю- бой субъединицы движется внутри собственной небольшой белковой поло- сти, образованной другими частями молекулы, например спиралями 1-3 1
79
Традиционно считалось, что
открытие ионного канала
может происходить разли- чными способами. Один пример. Вдоль канала протянута молекула электрически за- висимого сенсора. Это белковая молекула, которая при изменении потенциала на мем- бране, то есть
деполяриации,
меняет свое положение относительно ионного канала и мембраны клетки.
В состоянии покоя молекула сенсора удержива- ет молекулы воротного белка в состоянии, когда
Они сближены и тем самым запирают канал (пору), блокикируя движение ионов. При деполяризации мембраны молекула сенсора
конформируется и движется вдоль канала по направлению к наружной стороне мембраны. Тем самым она освобождает мо- лекулы воротного белка, они «расступаются» – ка- нал для движения ионов открыт!
Этот схематичный пример говорит о том, что по- тенциал зависимые каналы под влиянием электриче- ского потенциала подвержены конформационным изменениям. Вместе с тем сущесвует множество то-
Это чек зрения на природу открытия каналов при дейсттвии лигандов и электрического тока. Это касается, прежде всего, механизмов конформационных преоразований белка в ходе мембранного транспорта.
1
80