инаптической мембране (Hille. 1992, 2001; см. кн. Крутецка: Лонский, 1994 и Лебедев. Крутецкая, 1994).

Рис. 1. Структура никотинового ацетилхолинового рецептора.

а, р, у и 5 - субъединицы рецептора. Открывание канала происходит при связывании двух молекул ацетилхолина (АХ) со связывающими участками на двух а-субъединицах.

2.2. Суперсемейство рецепторов, связанных с G-белками

В настоящее время выделено и клонировано около 18 рецепторов млекопитающих, связанных с G-белками. Эти рецепторы включают четыре опсина. Pi-адренорецептор. р2-адренорецептор, три а-адренергических рецептора, пять типов мускариновых рецепторов, серотониновые рецепторы, пять типов мускариновых рецепторов, серотониповые рецепторы 5НТ-1а и 5НТ-1с, рецептор дофамина (см. обз. Крутецкая. Лебедев. 19926).

Рис. 2. Топология в мембране субъединицы никотинового ацетилхолинового рецептора.

М1-М4 - а-спнральные сегменты, пронизывающие мембрану. Оказалось, что все рецепторы, связанные с G-белками. принадлежат к суперсемейству белков, имеющих 7 трансмембранных спиральных сегментов, состоящих из 19-24 аминокислот, связанных внутри- и внеклеточными участками (рис. 3).

Рис. 3. Топология в мембране рецептора, связанного с G-белками.

Рецептор имеет 7 трансмембранных сх-спирапьных сегментов. N-конец полипептидной цепи расположен в наружной среде, С-конец - в цитозоле. Показаны фрагменты рецептора, участвующие в связывании агониста и G-белков.

К4олекулярная масса рецепторов примерно одинакова - 40-50 кДа (350-500 аминокислотных остатков), N-конец расположен на наружной, а С-конец на внутренней стороне мембраны. Длина N- и С-концов, а также длина внутри- и внеклеточных участков варьирует у различных рецепторов. Третий внутриклеточный фрагмент и С-конец наиболее вариабельны. Наиболее консервативными являются конец 1-го внутриклеточного участка и начало трансмембраиного сегмента 2. Полагают, что эта область может взаимодействовать с общим элементом

s

G-белков. таким как (3 и/или у-с\ бъединицы. Обшей чертой всех рецепторов является также наличие одного или более участков N-связанного гликозилирования в области 1М-конца и потенциальных участков фосфорилирования на цитоплазматических фрагментах. Участки фосфорилироиания включают несколько остатков серина и треонина в области третьего внутриклеточного фрагмента и С-конца. Трансмембранные сегменты содержат много остатков пролина и глицина. Эти аминокислотные остатки могут образовывать кинки в а-спиралях, участвующие в образовании лиганд-связывающих карманов, а также играть роль в передаче на цитоплазматическую поверхность рецептора конформационных изменений, сопровождающих связывание лиганда. Связывание лиганда также имеет общие черты у разных рецепторов. При этом консервативные заряженные аминокислотные остатки в трансмембранных сегментах служат, по-видимому, противоионами для положительно заряженного ретиналя, ацетилхолина или адреналина, связывающихся с соответствующими рецепторами. Так, в молекуле родопсина ретиналь взаимодействует с опсином с области лизина на 7-м трансмембранном сегменте. Напротив, для связывания катехоламина с (3-адренорецептором необходима аспарагиновая кислота во 2-м трансмембранном сегменте (см. обз. Крутецкая, Лебедев, 19926).

Модификации структуры рецепторов способствуют выяснению их фрагментов, участвующих в узнавании агониста и G-белка. На основании такого подхода показано, что в связывании с G-белком участвует третий цитоплазматический участок и часть С-конца, причем положительно заряженные остатки играют, по-видимому, ведущую роль (см. обз. Крутецкая, Лебедев, 19926; Hancock, 1997).

К числу наиболее изученных рецепторов, связанных с G-белками, можно отнести адренергические рецепторы. Установлено, что взаимодействие катехоламинов (адреналина и норадреналина) с (3-адренорецепторами (|3|- и (Зэ-типа) приводит к активации Gj-белка. as-субъединица которого активирует аденилатциклазу. оь-адренорецепторы, активируя G.-белок, ингибируют аденилатциклазу. В то же время щ-адренорецепторы при посредничестве белка Са активируют фосфолипазу С (Oilman, 1987).

Методами направленного мутагенеза установлены участки р:-адренорецептора, участвующие в связывании с Gs-белками. Так, показано, что замены или делеции аинокислот в области третьего цитоплазматического фрагмента (32-адренорецептора приводят к нарушению связи рецептора с Gs-белком. Эти делеции включают следующие области третьего цитоплазматического фрагмента (3;-адренорецептора: аминокислотные остатки 239-272; 222-229: 258-270. Использование химерных а2/(32-адренорецепторов также свидетельствует о решающей роли третьего цитоплазматического фрагмента (3;-

ч

адренорецептора в связывании с Gs-белком. Исследование химерных мускариновых холинорецепторои подтверждает вывод об участии третьего цитоплазматического фрагмента в связывании с G-белком (см. обз. Крутецкая, Лебедев, 19926).

Третье большое суперсемейство мембранных рецепторов составляют рецепторы, имеющие собственную тирозинкиназную активность. Структурно-функциональные характеристики этих рецепторов будут рассмотрены далее в разделе 4.4.1.

3. Структурно-функциональная организация G-белков

Одним из важнейших этапов в приближении к пониманию механизмов гормонально-сенсорной регуляции явилось открытие семейства гуанин-нуклеотидсвязывающих белков (G-белков), передающих сигнал с мембранных рецепторов на определенные эффекторцые молекулы в клетке (Neer, 1995; Sprang, 1997; см. обз. Крутецкая, Лебедев, 1992 б).

В настоящее время установлено, что 80% всех известных гормонов, нейротрансмиттеров, нейромодуляторов, называемых «первичными мессенджерами», взаимодействуют со специфическими рецепторами, которые связаны с эффекторами через G-белки. Предполагают, что общее число различных рецепторов, связанных с G-белками, может составлять 100-150. Напротив, число эффекторов и G-белков значительно меньше, по-видимому не более 15 (Bimbaumer et al., 1990а, 1990b). В настоящее время известно, что г