Нейрохимия - Ашмарин И.П.
ISBN 5-900760-02-2
Скачать (прямая ссылка):
Одним из хорошо исследованных блокаторов Na-каналов является тетродотоксин (ТТХ), который необратимо связывается с белком канала и позволяет его маркировать для последующей очистки. Наибольших успехов в исследовании функции и структурной организации натриевых каналов добились японские исследователи Р.Нума и др. Они показали, что этот мембранный белок представляет собой гликопротеид с Мг = 250-300 кД, состоящий из нескольких субъединиц, которые образуют на внутренней поверхности гидрофильную трубчатую структуру. при денатурации в восстановительных условиях белок диссоциирует на два основных компонента, которые специфически связывают -тетродотоксин в присутствии фосфолипи-
249
дов. Диаметр поры этого канала колеблется в пределах 0,4-0,6 нм. Через такую пору могут проходить ионы натрия, связанные с молекулами воды. Избирательность для ионов Na существует, но не является абсолютной.
ТТХ-связывающие белки выделены из различных объектов: головного мозга, клеток нейробластомы, нейронов моллюсков, аксонов кальмара и др. С помощью моно- и поликлональных антител.показано наличие общих антигенных детерминант у белков каналов, выделенных с помощью тетродотоксина. Им-мунохимические данные наряду с результатами ограниченного протеолиза и химической модификации молекул свидетельствуют в пользу трансмембранной модели потенциал-независимого натриевого канала. Доступность некоторых участков белка для иммуноглобулинов в липидных мембранах или липосомах подтверждает гипотезу о значительных конформационных перестройках молекулы натриевого канала под действием электрического поля.
В настоящее время установлена полная первичная последовательность ТТХ-чувствительных белков и структура гена, кодирующего синтез в нервной клетке Na-каналов.
Изменение конформационного состояния структурных компонентов ионного канала тесно связано с процессами фосфорилирования а- и р-пептидных субъединиц. Обнаружено, что Na-каналы мозга млекопитающих содержат одну а-субъедини-цу (Mj. 260 кД), ассоциированную с двумя полипептидами: р, (Мг 36 Д) и р2 (Мг 33 Д). Установлено, что а-субъединица является трансмембранным белком, имеющим участки связывания ряда нейротропных веществ на внешней поверхности мембран, и участки связывания для фосфорилирования цАМФ-зависи-мой протеинкиназой. Оказалось, что этого единственного а-полипептида вполне хватает, чтобы сформировать ионный канал, но не достаточно для выполнения его функций.
Функционированию ионного канала способствуют Рр и р2-субъединицы, которые размещены в основном на внешней поверхности мембран и ковалентно связаны са-субъединицей через дисульфидную связь. Эти р-субъединицы сильно гликозилиро-ваны, приблизительно 30% их массы составляют карбогидраты, большая часть которых приходится на сиаловую кислоту. Последняя и придает ионному белковому комплексу сильный отрицательный заряд, который и позволяет полноценно функционировать каналу. С другой стороны, эти карбогидраты необходимы для нормального биосинтеза и точной сборки функционального канала в нейронах. Показано, что если гликози-
250
лирование ингибировано, то новый синтеза-субъединицы быстро останавливается, и она не включается в клеточную поверхность мембраны.
Процесс открывания Na-каналов под влиянием изменения потенциала мембраны — активация натриевых каналов — один из наиболее ярких примеров конформационных перестроек белков под влиянием электрического поля. Открывание каждого канала совершается по известному принципу — “все или ничего”. Этот процесс может быть остановлен инактивацией, которая опять-таки связана с переходом белков канала в другое кон-формационое состояние. Полный цикл активации и инактивации охватывает десятки тысяч натриевых каналов.
8.3. К-КАНАЛЫ
Потенциал-зависимые калиевые каналы так же, как и натриевые, распространены повсеместно в наружных мембранах нервных клеток и играют столь же важную роль в передаче скоростных сигналов. В отличие от ионов натрия, которые вызывают локальную деполяризацию мембраны и генерирование потенциала действия, калиевые каналы приводят к гиперполяризации нейрона и появлению тормозных потенциалов. Система быстрых калиевых каналов играет большую роль в стабилизации ритмической деятельности нейрона, которая является основным способом кодирования и передачи клеткой химических сигналов. Характерной чертой участия калиевых каналов в ритмической активности является резкое замедление нарастания деполяризации мембраны, вызванной предшествующим входом ионов Na.
Калиевые каналы являются более избирательными для ионов: они не пропускают практически ионы Na, проницаемость для ионов Rb , NH4+ сравнительно мала. Полагают, что селективный фильтр калиевого канала имеет размеры порядка 0,26-
0,3 нм. Ионы большего размера не проходят через канал по стерическим причинам, ионы меньшего диаметра — в связи с тем, что они не могут успешно взаимодействовать с кислородосодержащими анионами, находящимися в боковых цепях гидрофильных аминокислот, которые выстилают внутреннюю белковую пору.
