Рецепторные белки. Бактериородопсин. Зрительный родопсин. Ацетилхолиновый рецептор постсинаптических мембран.

РЕЦЕПТОРНЫЕ БЕЛКИ, молекулы или мол. комплексы клетки, способные специфически связывать др. молекулы, несущие внешние для клетки регуляторные сигналы (напр., гормоны, нейромедиаторы), или реагировать на физ. факторы (напр., свет); благодаря конформац. изменениям, инду-цируемыми этими сигналами, рецепторные белки запускают определенные каскадные биохим. процессы в клетке, в результате чего реализуется ее физиол. ответ на внеш. сигнал.

Большинство рецепторные белки локализовано в плазматич. мембране и представляет собой пронизывающие мембрану глико-протеины. Они взаимод. с белковыми или пептидными гормонами, а также с низкомол. биорегуляторами, например с простагландинами. аминокислотами. Рецептор света— ро-допсин- локализован в мембранных структурах сетчатки глаза. Внутриклеточные рецепторные белки обычно локализованы в ядре и взаимод. со стероидными гормонами и гормонами щитовидной железы (производными тирозина).

Известно неск. механизмов, по которым активированные рецепторные белки запускают биохим. процессы в клетке. Напр., при взаимод. ацетилхолина с никотиновым холинорецептором (чувствителен не только к ацетилхолину, но также и к никотину), локализованным в постсинаптич. мембране, открывается Na-канал. Увеличение внутриклеточного содержания Na⁺ приводит к деполяризации мембраны, что обусловливает передачу нервного импульса.

Др. группа мембранных рецепторные белки сопряжена с мембрано-связанными регуляторными ферментами, в частности с аденилатциклазой, гуанилатциклазой, фосфолипазой С. К рецепторные белки, активирующим аденилатциклазу. относят, например, b-адренергич. рецепторы (см. Адреноблокирующие средства. Адреномиметические средства), рецепторы глюкагона. тирео-тропного гормона; к рецепторные белки, ингибирующим этот фермент,-a₂-адренергич. рецепторы, некоторые опиатные рецепторы (см. Опиоидные пептиды), рецепторы соматостатина. один из рецепторные белки, активирующих фосфолипазу С,-a₁-адренергич. рецептор.

Сопряжение рецепторные белки со всеми указанными ферментами осуществляется через регуляторные белки (т. наз. G-белки), которые способны связывать гуапозинтрифосфат (ГТФ) и гидролизо-вать его до гуанозиндифосфата. рецепторные белки, активированный биорегулятором, взаимод. со специфич. G-белком и индуцирует связывание с ним ГТФ. G-белок в комплексе с ГТФ представляет собой активную форму этого белка. которая способна взаимод. с одним из эффекторных ферментов (напр., с аденилатциклазой), аллостерически влияя (помимо активного центра фермента) на его активность. При гидролизе ГТФ с участием G-белка последний переходит в неактивную форму и стимулирующий сигнал затухает. G-Белки, по-видимому, участвуют в преобразовании сигнала, поступающего от большинства мембранных рецепторные белки В частности, сигнал от засвеченного родопсина передается на исполнит. фермент (фосфодиэстеразу циклич. гуанозинмонофосфата) специфичным для зрительной клетки G-белком-трансдуцином.

Представители мембранных рецепторные белки, обладающие собств. ферментативной активностью,-рецепторы инсулина и разл. факторов роста. Эти рецепторные белки -протеинкиназы (регулируют активность разл. белков путем их фосфорилирования), фосфорилирующие белки по остаткам тирозина. Специфич. гормоны стимулируют протеинкиназную активность и ауто-фосфорилирование молекул рецепторов, что необходимо для преобразования ими регуляторных сигналов.

Внутриклеточные рецепторные белки активируются гормонами, относительно легко проникающими через клеточную мембрану. Активированные рецепторные белки регулируют процессы транскрипции.

рецепторные белки могут состоять из одной или неск. полипептидных цепей, ассоциированных благодаря невалентным взаимод. или сшитых дисульфидными связями. Никотиновый холино-рецептор из электрич. органа электрич. ската Torpedo cali-fornica состоит из пяти полипептидных цепей четырех типов (a₂, b, g, d). Все его цепи гликозилированы и имеют мол. м. от 40 тыс. до 68 тыс. В последовательности аминокислотных остатков всех цепей выявлены длинные участки взаимной гомологии. Субъединицы холинорецептора образуют пронизывающую мембрану розетку.

b-Адренергич. рецепторы-это гликопротеины с мол. м. ок. 60 тыс. Полипептидная цепь b-адренергич. рецептора млекопитающих состоит из 416 аминокислотных остатков и семь раз пронизывает мембрану. Лиганд-связывающий домен такого рецептора локализован на внешней, а домен, связывающий G-белок,-на внутр. стороне мембраны. Этот рецептор имеет гомологичные участки с родопсином, молекула которого также семь раз пронизывает мембрану.

Рецептор инсулина состоит из четырех полипептидных цепей двух типов и имеет ф-лу a₂b₂; полипептидные цепи сшиты дисульфидными связями. Предшественник рецептора инсулина-полипептидная цепь, включающая последовательности a- и b-цепей и распадающаяся на две части при созревании (процессинге). В молекуле рецептора инсулина встречаются последовательности, гомологичные последовательностям рецепторов факторов роста.

Рецепторы стероидных гормонов представляют собой полипептиды с мол. м. 50-80 тыс. В их структуре можно выделить домен, богатый остатками цистеина и основных аминокислот и ответственный за связывание с ДНК, и гидрофобный домен, ответственный за связывание стероидного гормона. Рецепторы половых стероидных гормонов гомологичны рецепторам глюкокортикоидод.

Практически все рецепторные белки, а также G-белки обнаруживают структурное сходство с онкобелками (белками, кодируемыми генами, обусловливающими превращ. нормальных клеток эукариот в злокачественные). Последние индуцируют в клетках биохим. процессы, аналогичные тем, что индуцируют рецепторные белки, однако регуляция внеш. факторами процессов, индуцируемых онкобелками, нарушена.

Впервые термин "рецепторная субстанция" предложен Дж. Лэнгли в 1906 для обозначения компонентов мышечной клетки, за которые конкурируют никотин и кураре, блокирующие передачу сигнала от нервного окончания к мышце. До нач. 60-х гг. практически всю информацию о рецепторные белки получали из анализа дозовых зависимостей действия гормональных веществ и их синтетич. или прир. аналогов на клетки-мишени. Значит. прогресс в изучении физ.-хим. свойств рецепторные белки обусловлен развитием в 50-60-х гг. техники радиолигандного анализа, т.е. анализа взаимод. с рецепторные белки меченных радиоактивными изотопами гормонов и их аналогов.

Бактериородопсины — семейство мембранных светочувствительных белков археот (например, галобактерий). Бактериородопсины осуществляют перенос протона через плазматическую мембрану, по строению сходны с родопсинами млекопитающих.

Трансмембранная часть бактериородопсина сложена из 7 регулярных α-спиралей, идущих от одного до другого края мембраны, а одинокая β-шпилька и все нерегулярные участки цепи (соединяющие спирали-петли) выходят из мембраны^[1]. Сидящие на α-спиралях гидрофобные группы обращены «наружу» к липидам (тоже гидрофобным) мембраны. Полярные же группы (их немного) обращены внутрь очень узкого канала, по которому идет протон.

Протонная проводимость осуществляется при содействии прикрепленной внутри пучка спиралей молекулы кофактора — ретиналя. Он перекрывает центральный канал бактериородопсина. Поглотив фотон, ретиналь переходит из полностью-транс в 13-цис форму. При этом он изгибается и переносит протон с одного конца семиспирального пучка на другой. А потом ретиналь разгибается и возвращается назад, но уже без протона.

Родопси́н (устаревшее, но до сих употребляющееся название — зри́тельный пу́рпур) — основной зрительный пигмент. Содержится в палочках сетчатки глаза морских беспозвоночных, рыб, почти всех наземных позвоночных и человека и по данным недавнего исследования в клетках кожи меланоцитах^[1]. Относится к сложным белкам хромопротеинам. Модификации белка, свойственные различным биологическим видам, могут существенно различаться по структуре и молекулярной массе.

Под действием света светочувствительный зрительный пигмент изменяется, и один из промежуточных продуктов его превращения отвечает за возникновение зрительного возбуждения. Зрительные пигменты, содержащиеся в наружном сегменте фоторецепторной клетки, представляют собой сложные окрашенные белки (хромопротеиды). Та их часть, которая поглощает видимый свет, называется хромофором. Это химическое соединение — альдегид витамина А, или ретиналь. Белок зрительных пигментов, с которыми связан ретиналь, называется опсином.

При поглощении кванта света (фотона) хромофорная группа белка (11-цис-ретиналь) изомеризуется в транс-форму. Возбуждение зрительного нерва происходит при фотолитическом разложении родопсина за счёт изменения ионного транспорта в фоторецепторе. Впоследствии родопсин восстанавливается (регенерирует) в результате синтеза 11-цис-ретиналя и опсина или в процессе синтеза новых дисков наружного слоя сетчатки.

Родопсин относится к суперсемейству трансмембранных рецепторов GPCR (рецепторов, связанных с G-белками). При поглощении света конформация белковой части родопсина меняется, и он активирует G-белок трансдуцин, который активирует фермент цГМФ-фосфодиэстеразу. В результате активации этого фермента в клетке падает концентрация цГМФ и закрываются цГМФ-зависимые натриевые каналы. Так как ионы натрия постоянно выкачиваются из клетки АТФ-азой, концентрация ионов натрия внутри клетки падает, что вызывает её гиперполяризацию. В результате фоторецептор выделяет меньше тормозного медиатора глутамата, и в биполярной нервной клетке, которая «растормаживается», возникают нервные импульсы.

Наиболее хорошо изученным рецептором-ионным каналом является ацетилхолиновый никотиновый рецептор (рис. 2.1, рис 2.2) Свое название никотиновый ацетилхолиновый рецептор получил из-за его сродства к никотину. Никотин связывается непосредственно с a- субьединицей рецептора и стимулирует открывание неспецифического катионного канала, сформированного различными комбинациями a2, b, гамма, дельта и эпсилон субьединиц. В нейромышечной системе ацетилхолин действует через никотиновые холинергические рецепторы и вызывает сокращение скелетной мускулатуры. Он также передает сигнал внутри нервной системы. Эти рецепторы являются неспецифическими ионными каналами, которые проводят Na+ и K+. Антагонистом для никотиновых рецепторов является тубокурарин.

Никотиновые рецепторы являются членами суперсемейства мембранных белков, включающих рецепторы серотонина (5-гидрокситриптамин, 5-НТ), рецепторы для глицина и рецепторы ГАМК (гамма-аминомасляной кислоты).

Ацетилхолиновый рецептор - лиганд-зависимый ионный канал в постсинаптической мембране мышечного волокна. Это молекула массой 250 000 дальтон представляет собой пентамерный гликопротеин, состоящий из трансмембранных полипептидов четырех разных типов, каждый их которых кодируется отдельным геном, хотя они все во многом сходны по последовательности аминокислот, что говорит о происхождении их генов от общего гена-предшественника. Два из пяти полипептидов пентамера идентичны и образуют места связывания ацетилхолина. Две молекулы ацетилхолина присоединяются к пентамерному комплексу и вызывают конформационное изменение, приводящее к открытию канала.

Пентамер объединяет две (по 461 аминокислоте) альфа-субъединицы, одну (493 аминокислоты) бета-субъединицу, одну (506 аминокислот) гамма-субъединицу и одну (522 аминокислоты) дельта-субъединицу. Каждая из субъединиц образует 4 трансмембранных сегмента (рис. 1.11а), а все вместе 5 субъединиц компактно собраны вокруг центральной ионной поры (рис. 1.11б). Когда лиганд, в данном случае ацетилхолин (АХ), присоединяется к сайтам связывания двух альфа-субъединиц, канал открывается и одновалентные катионы двигаются по электрохимическому градиенту.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: