 |
юБРНюБРНЛЮРХГЮЖХЪюПУХРЕЙРСПЮюЯРПНМНЛХЪюСДХРаХНКНЦХЪаСУЦЮКРЕПХЪбНЕММНЕ ДЕКНцЕМЕРХЙЮцЕНЦПЮТХЪцЕНКНЦХЪцНЯСДЮПЯРБНдНЛдПСЦНЕфСПМЮКХЯРХЙЮ Х ялххГНАПЕРЮРЕКЭЯРБНхМНЯРПЮММШЕ ЪГШЙХхМТНПЛЮРХЙЮхЯЙСЯЯРБНхЯРНПХЪйНЛОЭЧРЕПШйСКХМЮПХЪйСКЭРСПЮкЕЙЯХЙНКНЦХЪкХРЕПЮРСПЮкНЦХЙЮлЮПЙЕРХМЦлЮРЕЛЮРХЙЮлЮЬХМНЯРПНЕМХЕлЕДХЖХМЮлЕМЕДФЛЕМРлЕРЮККШ Х яБЮПЙЮлЕУЮМХЙЮлСГШЙЮмЮЯЕКЕМХЕнАПЮГНБЮМХЕнУПЮМЮ АЕГНОЮЯМНЯРХ ФХГМХнУПЮМЮ рПСДЮоЕДЮЦНЦХЙЮоНКХРХЙЮоПЮБНоПХАНПНЯРПНЕМХЕоПНЦПЮЛЛХПНБЮМХЕоПНХГБНДЯРБНоПНЛШЬКЕММНЯРЭоЯХУНКНЦХЪпЮДХНпЕЦХКХЪяБЪГЭяНЖХНКНЦХЪяОНПРяРЮМДЮПРХГЮЖХЪяРПНХРЕКЭЯРБНрЕУМНКНЦХХрНПЦНБКЪрСПХГЛтХГХЙЮтХГХНКНЦХЪтХКНЯНТХЪтХМЮМЯШуХЛХЪуНГЪИЯРБНжЕММННАПЮГНБЮМХЕвЕПВЕМХЕщЙНКНЦХЪщЙНМНЛЕРПХЙЮщЙНМНЛХЙЮщКЕЙРПНМХЙЮчПХЯОСМДЕМЙЖХЪ
молекулы переносчиков нейромедиаторов
|
вХРЮИРЕ РЮЙФЕ: |
Сходство первичных аминокислотных последовательностей транспортных белков, про-
Глава 4. Транспорт через мембрану клетки 83
∙ 
| 
|
| Рис. 4.8. Предполагаемая молекулярная структура транспортных молекул. Многие транспортные молекулы были успешно клонированы, а их расположение в мембране известно из результатов гидропатического анализа. (А) Натрий-калиевая АТФаза состоит из a-субъединицы, имеющей от 8 до 12 трансмембранных участков, и меньшей по размеру b -субъединицы, пронизывающей мембрану лишь один раз. Кальциевые АТФазы имеют сходное строение. (В) Натрий-кальциевые обменники насчитывают 11 трансмембранных участков. (С) Калий-хлорные ко--транспортеры, молекулы анионных семенников, а также натрий-калий--хлорные транспортеры имеют 12 трансмембранных участков и похожую конфигурацию в мембране. (D) Суперсемейство транспортных молекул, обеспечивающих закачку моноаминов, ГАМК и глицина, характеризуется наличием 12 трансмембранных участков. (Е) Глутаматные транспортеры меньше по размеру (10 трансмембранных участков). | 
|
| Fig. 4.8. Proposed Molecular Configurations of Transport Molecules. Various transport molecules have been cloned and their structure in the membrane deduced from hydropathy analyses. (A) Sodium-potassium ATPase consists of an a subunit with 8 to 10 transmembrane segments, and a smaller β subunit that spans the membrane only once. Calcium ATPases have a similar structure. (B) Sodium-calcium exchangers have 11 transmembrane segments. (C) Potassium-chloride cotransporters, anion exchange molecules, and sodium-potassium-chloride transporters all share the same membrane configuration, characterized by 12 transmembrane segments. (D) The superfamily of transporters for the uptake of monoammes, GABA, and glycine has a motif of 12 transmembrane segments. (E) Glutamate transport molecules are smaller, with 10 transmembrane segments. |
изводящих закачку в нервное окончание норэпинефрина (NET), серотонина (SERT), дофамина (DAT), ГАМК (GAT) и глицина (GLYT), позволяет заключить, что все они происходят от одного суперсемейства генов 66). Переносчики моноаминов представляют особый интерес, поскольку именно они являются мишенью для многих наркотических веществ, включая кокаин и амфетамин, а также некоторых антидепрессантов (глава 13). Каждый член суперсемейства представлен несколькими изотипами. Белки имеют молекулярную массу от 80 до 100 кД и, как следует из гидропати-
84 _ Раздел II. Передача информации в нервной системе _____________________
ческого анализа, состоят из 12 трансмембранных сегментов (рис. 4.8D). По первичной последовательности молекулу переносчика холина также можно отнести к этому суперсемейству 67).
В настоящее время изолировано пять белков, осуществляющих закачку глутамата 68). Они структурно отличаются от суперсемейства переносчиков моноаминов, ГАМК и глицина. Размер этих белков сравнительно невелик, от 500 до 600 аминокислот, при массе около 65 кД. Гидропатические данные свидетельствуют о наличии 10 трансмембранных сегментов (см. рис. 4.8Е).
Семейства белков, осуществляющих закачку моноаминов, глицина, ГАМК, глутамата и ацетилхолина в синаптические пузырьки, функционально отличаются тем, что зависят не от натриевых, а от протонных градиентов. Везикулярные переносчики моноаминов (VMAT1 и VMAT2) были клонированы раньше других, за ними последовал везикулярный переносчик ацетилхолина (VAChT) 38). Каждая из этих молекул включает в себя от 520 до 530 аминокислот и, судя по гидропатическим данным, состоит из 12 трансмембранных сегментов. Структура VMAT1 и VMAT2 совпадает на 65 %, a VAChT идентичен им на 40 %. Молекулы переносчиков ГАМК и глицина также были успешно клонированы 69, 70). Они структурно отличаются от переносчиков моноаминов и ACh и состоят всего из 10 трансмембранных сегментов.
§ 7. Роль механизмов транспорта
Как первичные, так и вторичные механизмы активного транспорта вносят постоянный вклад в поддержание клеточного гомеостаза, а также поставляют необходимые элементы для синаптической передачи. Тем не менее, этими простыми на первый взгляд процессами их роль в жизнедеятельности нервной системы не ограничивается. Переносчики вносят существенный вклад в работу сигнальных систем клетки. Так, например, в небольших ответвлениях нервных окончаний во время распространения потенциала действия, активация натрий-калиевых АТФаз вследствие накопления внутриклеточного натрия может вызвать блок проводимости (глава 15). Другой пример связан с активацией рецепторов ГАМКА, которые образуют хлорные каналы в мебране клетки (глава 3). В тех клетках, из которых переносчики выводят хлор наружу, внутриклеточные концентрации этого иона низки, и при открывании хлорных каналов ГАМКА-рецепторов хлор входит в клетку, вызывая гиперполяризацню мембранного потенциала. Напротив, в тех клетках, где преобладают переносчики ионов хлора из внеклеточного пространства в цитоплазму, внутриклеточный уровень хлора сравнительно высок, и открывание ГАМКА-каналов приводит к деполяризации за счет выхода хлора из клетки 37). Таким образом, характер действия медиатора непосредственно определяется наличием тех или иных переносчиков в клетке.
Еще более важную роль играют переносчики нейромедиаторов. Быстрое удаление молекул медиатора из синаптической шели может предотвратить избыточную активацию, а также инактивацию рецепторов. Своевременная закачка медиатора в синаптические пузырьки поддерживает нервное окончание в состоянии постоянной готовности. Следовательно, переносчики выполняют важнейшую функцию регуляции динамических свойств синапсов и нервной системы в целом.
Вообще говоря, следует рассматривать ионные каналы как системы, проводящие электрические сигналы, а переносчики — как системы обеспечения базовых условий, при которых такое проведение становится возможным. Следует отметить, что между этими двумя системами зачастую происходят и более сложные взаимодействия, влияющие на работу нервной системы.
выводы
∙ Перенос различных веществ через мембрану в клетку или из клетки производится целым рядом мембранных белков. Один из примеров — натрий-калиевый обменник, переносящий три иона натрия наружу и два иона калия внутрь клетки за счет энергии гидролиза одной молекулы АТФ. Обменник поддерживает внутриклеточную концентрацию натрия и калия на постоянном уровне, несмотря на утечку обоих ионов.
∙ Низкий уровень внутриклеточного кальция поддерживается двумя типами кальциевых АТФаз. АТФаза первого типа, расположенная в плазматической мембране, осуществляет вывод кальция из клетки. Второй тип находится в мембранах
Глава 4. Транспорт через мембрану клетки 85
эндо- или саркоплазматического ретикулума и обеспечивает откачку кальция из цитоплазмы во внутриклеточные органеллы.
∙ Еще один механизм кальциевого транспорта — натрий-кальциевый обменник. Энергия, получаемая от перемещения натрия внутрь клетки, т. е. в направлении его электрохимического градиента, затрачивается на вывод ионов кальция наружу. Это пример вторичного переносчика, работа которого · зависит от поддержания натриевого градиента натрий--калиевой АТФазой. В большинстве нейронов перенос одного иона кальция происходит за счет входа в клетку трех ионов натрия. При некоторых физиологических условиях натрий-кальциевый обменник может работать в противоположном направлении. В палочках сетчатки транспортная молекула переносит один нон кальция и один ион калия в обмен на четыре иона натрия, входящих в клетку.
∙ Существует два основных типа молекул, осуществляющих вывод хлора из клетки. Первый — хлор-бикарбонатный обменник, играющий также важную роль в регуляции внутриклеточного рН и зависящий от электрохимического градиента натрия. Второй — калий-хлорный ко-переносчик, работа которого основана на перемещении калия из клетки наружу, т. е. в направлении его электрохимического градиента.
В некоторых типах клеток хлор не выводится наружу, а наоборот, аккумулируется в клетке. Этот процесс зависит от натриевого градиента и сопровождается входом в клетку ионов калия.
∙ В пресинаптических нервных окончаниях перемещение молекул медиатора в синаптические пузырьки происходит в обмен на выход из них протонов. Протонный градиент на везикулярной мембране поддерживается водородными АТФазами.
∙ После выброса в синаптическую щель молекулы медиатора закачиваются обратно при помощи систем вторичного транспорта, которые зависят от электрохимического градиента натрия. Существует два типа систем закачки медиатора: система, в которой перенос глутамата связан с входом натрия и выходом калия, и системы закачки других медиаторов, связанной с входом в клетку ионов натрия и хлора.
∙ Для большинства переносчиков последовательность образующих их аминокислот известна, а гидропатический анализ позволяет сделать предположения об их конформации в мембране клетки. Как правило, молекулы переносчиков состоят из 10-12 трансмембранных участков и, по-видимому, образуют канало-подобные структуры, перенос веществ через которые осуществляется путем попеременного выдвижения посадочных мест во внутриклеточную и внеклеточную среды.
оНХЯЙ ОН ЯЮИРС: