Receptor acetylocholiny (Acetylcholine Receptor)
David S. Goodsell, tłum. Filip Gołębiowski | 2008-04-25
Komórki nerwowe muszą być zdolne do przesyłania sobie nawzajem wiadomości szybko i prosto. Jedna droga, którą komórki nerwowe porozumiewają się ze swoimi sąsiadami, polega na wysyłaniu fal małych cząsteczek, neurotransmiterów. Te molekuły dyfundują do sąsiedniej komórki i wiążą się do odpowiednich białek receptorowych na jej powierzchni. Następnie receptory otwierają się, pozwalając jonom wpływać do środka. Ten proces jest szybki, ponieważ małe neurotransmitery, jak acetylocholina czy serotonina, dyfundują szybko poprzez wąską synapsę pomiędzy komórkami. W ciągu milisekund kanały otwierają się, pozwalając jonom wlać się do komórki. Potem, równie szybko się zamykają, kiedy neurotransmitery odłączają się i są usuwane z synapsy, kończąc przekaz.
Kaskada kurczenia
Receptory acetylocholiny są znajdowane na powierzchni komórek mięśniowych, skupione w synapsie pomiędzy komórkami nerwową i mięśniową. Podobną strukturę można znaleźć w centralnym układzie nerwowym, przekazującą wiadomości z nerwu do nerwu (po więcej informacji o receptorach acetylocholiny z punktu widzenia genomiki, zobacz stronę Protein of the Month at the European Bioinformatics Institute). Receptory acetylocholiny składają się z pięciu łańcuchów polipeptydowych ułożonych w długą rurę, która przecina błonę komórkową. Dwa z tych łańcuchów, oznaczone tu na pomarańczowo, mają po bokach miejsca wiązania dla acetylocholiny, oznaczonej kolorem czerwonym. Kiedy acetylocholina wiąże się do tych dwóch łańcuchów, wtedy kształt całego receptora zmienia się nieznacznie, otwierając kanał. To pozwala dodatnio naładowanym jonom, jak sodowy, potasowy i wapniowy, przejść przez błonę.
Mięśnie stale wypompowują sód z komórki, tak że kiedy są rozluźnione więcej sodu znajduje się na zewnątrz niż wewnątrz. Kiedy dostaną sygnał z nerwu, kanały się otwierają a jony sodowe wpadają z powrotem do wnętrza, dając początek procesowi prowadzącemu ostatecznie do skurczu mięśnia.
Biologiczna elektryczność
Pokazany powyżej receptor acetylocholiny (rekord PDB 2bg9) pochodzi z Drętwy pstrej [Torpedo marmorata – dop.tłum.]. Jest dobrym obiektem badań, ponieważ jest podobny do receptora znajdującego się w naszej synapsie nerwowo-mięśniowej, oraz występuje w dużych stężeniach w organach elektrycznych tej ryby.
Elektryczne płaszczki i węgorze wytwarzają ładunki specjalnym organem elektrycznym.
Składa się z wielu zmodyfikowanych komórek mięśniowych, które są spłaszczone i ułożone jedna na drugiej. Małe różnice napięcia pomiędzy stronami każdej z błon komórkowych, wytwarzane przez gęsto upakowane receptory acetylocholinowe, sumują się dla dużej ich ilości, wytwarzając wspólnie silny elektryczny impuls zdolny do porażenia ofiary.
Kobry i kurara
Receptor acetylocholiny jest niezbędnym łącznikiem pomiędzy mózgiem a mięśniami i dlatego jest tak wrażliwym na miejscem na atak. Wiele stworzeń produkuje trucizny, które blokują receptor acetylocholiny, powodując paraliż. Zalicza się do nich neurotoksynę z jadu kobry, pokazanej obok na podstawie rekordu PDB 1yi5. W tej strukturze, pięć cząsteczek toksyny, oznaczonych na czerwono, jest związanych do białka podobnego do receptora acetylocholiny.
Do innych trucizn, które paraliżują receptor acetylocholiny, należą kurara, nikotyna i zabójczy jad ze stożka [Conus spurius, gatunek ślimaka morskiego z rodziny Conidae - dop.tłum.].
Odkrywanie struktury
Mimo, iż na dziś dzień struktury dla otwartego i zamkniętego stanu receptora nie są poznane, możesz zobaczyć co się dzieje kiedy acetylocholina wiąże się obserwując podobną molekułę, białko wiążące acetylocholinę. To białko zostało odkryte u pewnego rodzaju ślimaka morskiego, gdzie reguluje sygnały przenoszone przez acetylocholinę. Jest bardzo podobne do zewnętrznej części receptora, tylko bez fragmentu przebijającego błonę. Miejsce wiązania dla acetylocholiny (rekord PDB 2bg9) jest pokazane na rysunku, po lewej stronie, w stanie zamkniętym, nim zwiąże się acetylocholina. Ważne aminokwasy w miejscu wiążącym są pokazane w standardowych kolorach atomów, włączając w to nietypowy mostek disiarczkowy pomiędzy dwoma sąsiadującymi cysteinami.
Ten sam rejon białka wiążącego acetylocholinę (rekord PDB 1uv6) jest pokazany po prawej, ze związaną acetylocholiną (pokazaną na zielono). Zwróć uwagę, że te aminokwasy są ułożone wokoło neurotransmitera. Kiedy miejsce wiązania zamyka s:)ię wokół acetylocholiny, zmienia się konformacja całego receptora, otwierając kanał wzdłuż błony.
Te rysunki zostały stworzone programem RasMol. Możesz stworzyć podobne obrazy klikając na kod struktury i wybierając jedną z opcji w panelu *View Structure*. Aminokwasy wyszczególnione w receptorze acetylocholiny to Trp149, Thr150, Tyr190, Cys192, Cys193 i Tyr198 w łańcuchu A. Podobne aminokwasy w białku wiążącym acetylocholinę to Trp143, Thr144, Tyr185, Cys187, Cys188 i Tyr192.
Lista wpisów bazy PDB związanych z receptorem acetylocholiny wyznaczona przeszukiwaniem FASTA na dzień 27 października 2005 jest dostępna tutaj. Po więcej informacji na temat receptora acetylocholiny kliknij tutaj.
Oryginalna podstrona w "Molecule of the Month", by David S. Goodsell: Acetylcholine Receptor.
Dodatkowe informacje na temat receptora acetylocholiny
Nigel Unwin (2005) Refined structure of the nicotinic acetylcholine receptor. Journal of Molecular Biology 346, 967-989.
Arthur Karlin (2002) Emerging structure of the nicotinic acetylcholine receptors. Nature Reviews Neuroscience 3, 102-114.
Irwin B. Levitan and Leonard K. Kaczmarek (2002) The Neuron. Oxford University Press.