 |
юБРНюБРНЛЮРХГЮЖХЪюПУХРЕЙРСПЮюЯРПНМНЛХЪюСДХРаХНКНЦХЪаСУЦЮКРЕПХЪбНЕММНЕ ДЕКНцЕМЕРХЙЮцЕНЦПЮТХЪцЕНКНЦХЪцНЯСДЮПЯРБНдНЛдПСЦНЕфСПМЮКХЯРХЙЮ Х ялххГНАПЕРЮРЕКЭЯРБНхМНЯРПЮММШЕ ЪГШЙХхМТНПЛЮРХЙЮхЯЙСЯЯРБНхЯРНПХЪйНЛОЭЧРЕПШйСКХМЮПХЪйСКЭРСПЮкЕЙЯХЙНКНЦХЪкХРЕПЮРСПЮкНЦХЙЮлЮПЙЕРХМЦлЮРЕЛЮРХЙЮлЮЬХМНЯРПНЕМХЕлЕДХЖХМЮлЕМЕДФЛЕМРлЕРЮККШ Х яБЮПЙЮлЕУЮМХЙЮлСГШЙЮмЮЯЕКЕМХЕнАПЮГНБЮМХЕнУПЮМЮ АЕГНОЮЯМНЯРХ ФХГМХнУПЮМЮ рПСДЮоЕДЮЦНЦХЙЮоНКХРХЙЮоПЮБНоПХАНПНЯРПНЕМХЕоПНЦПЮЛЛХПНБЮМХЕоПНХГБНДЯРБНоПНЛШЬКЕММНЯРЭоЯХУНКНЦХЪпЮДХНпЕЦХКХЪяБЪГЭяНЖХНКНЦХЪяОНПРяРЮМДЮПРХГЮЖХЪяРПНХРЕКЭЯРБНрЕУМНКНЦХХрНПЦНБКЪрСПХГЛтХГХЙЮтХГХНКНЦХЪтХКНЯНТХЪтХМЮМЯШуХЛХЪуНГЪИЯРБНжЕММННАПЮГНБЮМХЕвЕПВЕМХЕщЙНКНЦХЪщЙНМНЛЕРПХЙЮщЙНМНЛХЙЮщКЕЙРПНМХЙЮчПХЯОСМДЕМЙЖХЪ
каналы, активируемые циклическими нуклеотидами
|
вХРЮИРЕ РЮЙФЕ: |
Рецепторы сетчатки и обонятельного эпителия активируются внутриклеточным циклическим АМФ или циклическим ГМФ 73, 74). Рецепторы формируют ионные каналы, с различной избирательностью для калия, натрия или кальция. Аминокислотная последовательность субъединиц нуклетид-активируемых ионных каналов имеет некоторую гомологию с субъединицами потенциал-чувствительных каналов. Предполагаемая структура каналов (рис. 3.8Е) включает шесть трансмембранных участков, что хорошо согласуется с гидропатическими индексами этих белков. Участок S4 представлен регулярно повторяющимися заряженными остатками, хотя число их ниже, чем у потенциал-чувствительных каналов. В соответствии с активацией внутриклеточными лигандами, большая часть массы белка канала находится на цитоплазматической стороне мембраны. Наиболее вероятной формой объединения субъединиц является тетрамер.
§ 5. Разнообразие субъединиц
Характерной особенностью ионных каналов является широкое разнообразие изоформ субъединиц. Существует больше дюжины вариантов субъединиц никотинового АХР и еше большее число субъединиц калиевого канала и глутаматного рецептора. Как возникает такое разнообразие? В основе этого лежит прежде всего то, что каждый канал или субъединица канала кодированы отдельным геном. Кроме того, установлены два других механизма, приводящих к появлению субъединиц с различающими свойствами.
Во-первых, это альтернативный сплайсинг. Большинство белков кодированы в различных сегментах ДНК, так называемых экзонах. В некоторых случаях экзоны вместо комбинации в единственный вариант мРНК, контролирующий синтез специфической субъединицы, образуют различные альтернативные комбинации, что приводит к созданию мРНК для множественных изоформ субъединиц. Во время транскрипции неизвестный регулирующий механизм определяет, какая из альтернативных мРНК будет использована для синтеза
Глава 3. Структура ионных каналов 67
белка. Остаток исключается из транскрипта и оставшиеся сегменты РНК соединяются, формируя конечную мРНК. Например, именно таким путем образуются изоформы калиевого канала типа Shaker.
Второй способ достижения разнообразия субъединиц — редактирование РНК. Примером являются субъединицы глутаматных рецепторов GluRB, GluR5 и GluR6. Эти субъединицы в середине второго трансмембранного сегмента содержат либо глютаминовый, либо аргининовый остаток (рис. 3.8D). Присутствие аргинина устраняет кальциевую проницаемость ионного канала и уменьшает его проводимость. Таким образом, хотя ДНК всех трех субъединиц для этого сайта содержит глютаминовый кодон (CAG), на уровне мРНК, в соответствующем участке может появиться кодон для аргинина (CGG)75). Это изменение в базовой последовательности нуклеиновых кислот достигается редактированием РНК в ядре клетки. Таким образом, например, редактируется процесс синтеза GluRB и отчасти синтез GluR5 и GluR6. В GluR6 дополнительное редактирование A/G найдено в первом трансмембранном сегменте 76).
заключение
Современными методами биохимии, молекулярной и клеточной биологии, электронной микроскопии, электронной и рентгеновской дифракции получена детальная информация о молекулярной организации и структуре каналов и рецепторов. Мы знаем, например, что каналы образованы четырьмя или более субъединицами или доменами, собранными в определенном порядке вокруг центральной поры. Каждая субъединица или домен включает, в свою очередь, от двух до шести трансмембранных участков, объединенных вне- и внутриклеточными петлями. Ансамбль, состоящий из субъединиц, составляет структуру, достаточную, чтобы на адекватный сигнал образовать пору, пропускающую ионы. Каналы, являющиеся относительно избирательными, такие как потенциал-зависимые каналы, обычно представляют собой тетрамеры; более крупные и менее избирательные лиганд-активируемые каналы являются пентамерами. Как продолжение этого принципа наиболее крупные каналы — щелевые контакты — имеют гексамерную структуру (глава 7). Для некоторых каналов до сих пор остается неясной функциональное предназначение
ряда трансмембранных участков субъединиц. Однако имеется несколько примеров, в которых функция отдельных участков достаточно твердо установлена. Например, четко доказано, что М2 участок субъединиц суперсемейства АХР формирует стенку ионной поры и воротный механизм. Рентгеновская дифракция выявила структурную основу ионной избирательности калиевых каналов. Этот результат может быть экстраполирован на другие каналы, имеющие подобные первичные последовательности, такие как потенциал-зависимые каналы, каналы внутреннего выпрямления, каналы, активируемые циклическими нуклеотидами, и каналы, активируемые АТФ. Большинство исследователей считает, что трансмембранные участки каналов представляют собой a-спирали. Структурные исследования подтвердили это предположение для KCSA канала, но не для никотинового АХР, у которого М2 сегмент представлен более крупной b -спиралью.
Внемембранные петли, соединяющие трансмембранные участки, обеспечивают ряд специфических функций, наиболее важной из которых является формирование центров связывания внутриклеточных и внеклеточных лигандов, регулирующих функции канала. Кроме того, накопление ионов во внемембранных устьях канала помогает регулировать ионную избирательность и повышает проводимость канала. Многие детали молекулярного устройства каналов остаются невыясненными, но, вооруженные современными техническими возможностями, мы можем надеяться на быстрый прогресс наших знаний о молекулярной основе функционирования нервной системы.
выводы
∙ Никотиновые ацетилхолиновые рецепторы электрического органа Torpedo состоят из пяти субъединиц (две a и три другие, обозначаемые bg и d), группирующихся вокруг центральной поры, a-субъединицы содержат связывающие сайты для АХ.
∙ В каждой субъединице АХ рецептора имеется четыре трансмембранных участка (ΜΙ—Μ4), объединенных внутри- и внеклеточными петлями. Показано, что М2 участок белка формирует пору ионного канала.
68 Раздел II. Передача информации в нервной системе
∙ Из нервной системы выделены одиннадцать отдельных субъединиц никотинового АХ рецептора, восемь из которых имеют сайты, связывающие АХ (и обозначаемые как a2—a9), и три других обозначаются b2-b4· Большинство комбинаций a-b-субъединиц могут формировать функциональные каналы, способные отвечать на АХ.
∙ Субъединицы рецепторов g-аминомасляной кислоты (ГАМК), глицина и серотонина (5-НТ) аналогичны по структуре субъединицам АХ рецептора. Вместе четыре этих семейства рецепторов образуют суперсемейство, имеющее общее генетическое происхождения.
∙ Потенциал-активируемый натриевый канал электрического органа угря является одиночной молекулой, состоящей из 1 800 аминокислот. Этот канал имеет четыре крупных повторяющихся домена (I-1V). Домены являются архитектурными эквивалентами субъединиц других каналов; внутри каждого имеется шесть трансмембранных участков (S1-S6), соединенных внутри- и внеклеточными петлями. Натриевый ионный канал угря является прототипом разнообразных изоформ этого канала, представленных в мышцах и мозге.
∙ Семейство потенциал-активируемых кальциевых каналов аналогично по структуре натриевому каналу. Потенциал-активируемые калиевые каналы структурно подобны натриевым и кальциевым каналам, но с важным отличием: у них четыре повторяющихся домена экспрессированы как отдельные субъединицы, а не как повторяющиеся домены одной молекулы. Существует по меньшей мере 20 генов, контролирующих экспрессию субъединиц калиевого канала. Калиевые каналы группируются в четыре отдельных подсемейства. Потенциал-активируемые натриевый, кальциевый и калиевый каналы составляют вместе единое суперсемейство.
∙ Субъединицы других лиганд- и потенциал-активируемых ионных каналов значительно различаются как размерами, так и аминокислотным составом. Некоторые имеют сходство с субъединицами потенциал-активируемых каналов, но большинство заметно отличаются от представителей как потенциал-, так и АХ-активируемых каналов. Некоторые имеют только два или три трансмембранных домена, а другие могут иметь больше 10 таких доменов.
оНХЯЙ ОН ЯЮИРС: