2018-02-14
778
В начале 50-х годов ХХ в. Эрл Сёзерленд на примере адреналина, стимулирующего образование глюкозы из гликогена, расшифровал принципы действия адреналинового рецептора, который оказался общим для широкого круга рецепторов. Уже в конце ХХ в. было обнаружено, что восприятие запахов осуществляется аналогичным образом, вплоть до деталей строения белков-рецепторов.
Первичные рецепторные белки – это весьма сложные молекулы, связывание которых со своими субстратами вызывает в них[A75]
Рис. 66. Схема строения обонятельного рецептора а – поперечное сечение семидоменной структуры; б – схема взаимодействия одорант (лирал) –рецептор (вид сверху).
ощутимые структурные изменения, вслед за которыми начинается каскад каталитических (ферментативных) реакций. Для рецептора запаха (одорантного), так же как и для зрительного рецептора, этот процесс завершается нервным импульсом, воспринимаемым нервными клетками соответствующих отделов мозга.
На рис. 66 схематически показан механизм действия адреналинового рецептора.
Согласно последним данным, строение одорантного рецептора совершенно аналогично.
Как видно на рисунке 74 рецепторный белок включает такую последовательность аминокислот, которая содержит семь гидрофобных регионов от 20 до 28 остатков в каждом. Эти полипептидные участки, свернутые в α-спираль, образуют микротрубочки. Таким образом, рецепторный интегральный белок представляет собой своеобразную пачку из семи микротрубочек, пересекающих биомембрану. Толщина липидного бислоя в мембране составляет 30 Å, а длина одного остатка в α-спирали равна 1,5 Å. Пептидные участки в 20–28 остатков на αспиральном участке белковой молекулы имеют достаточную длину, чтобы пересечь мембранный бислой. Такая структура интегральных белков характерна для рецепторов опсина в сетчатке глаза, рецепторов серотонина, адреналина, гистамина и одорантов[A76].
С внешней стороны клеточной мембраны белок-рецептор представляет собой розетку, построенную однотипно для разных рецепторных систем. На рис. 74 представлена схема взаимодействия между молекулой лирала (синтетический одорант) и обонятельным рецепторов крысы, представленным пятью гидрофобными доменами. В таких схемах в настоящее время широко используются аналоговые компьютерные модели, поскольку для большинства белков пока еще не имеется точных рентгеноструктурных данных.
Рис. 75. Схематическая диаграмма строения обонятельного жгутика и два химических механизма усиления сигнала запаха внутри обонятельного волоска
I – мембранный интегральный комплекс – рецептор (R) + ГТФсвязывающий белок (G) + аденилатциклаза (АЦ); II – мембранный интегральный комплекс – рецептор (R) + ГТФ-связывающий белок + фосфолипаза С (ФЛС[A77]).
Согласно этим представлениям, обонятельный рецептор образован семью гидрофобными доменами мембранного белка. Лиганд-связывающие аминокислотные остатки формируют «карман», расположенный, по крайней мере, на расстоянии 12 Å от поверхности клетки. Он похож на аналогичный центр рецептора адреналина и связывающий карман других надмолекулярных мембранных комплексов, также содержащих по семь гидрофобных спиральных доменов внутри мембранной структуры.
В мембране обонятельного волоска представлены обе триады мембранных интегральных белков, представляющих собой нековалентно связанные рецепторы, G-белки и ферменты, образующие соответствующие вторичные мессенджеры, которые запускают внутриклеточный каскад реакций (рис. 75). Таким образом, фосфорилирование белков протеинкиназами и дефосфорилирование их соответствующими фосфатазами оказалось универсальным механизмом мгновенного ответа клетки на внешнее воздействие.
В результате фосфорилирования мембранных белков открываются каналы проводимости катионов, и, как следствие, мгновенно меняется мембранный потенциал клетки, в результате чего генерируется потенциал действия. Последний передается по аксону в обонятельную луковицу, где и происходит оценка и отделение биологически значимых сигналов от обонятельного «шума», а затем отобранные сигналы направляются в мозг, где и вызывают поведенческий ответ.
