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Strukturklasse-1-Rezeptoren

Der nicotinische Acetylcholin-Rezeptor (nAChR)

Der nicotinische AChR ist der Prototyp der Transmitter-gesteuerten Kanäle, für den die meisten strukturellen und funktionellen Daten bekannt sind. Die muskuläre Form des Rezeptors findet sich in hohen Konzentrationen in der postsynaptischen Membran von Muskelzellen. Hier, an der motorischen Endplatte, werden die elektrischen Signale der Motorneurone in chemische Signale umgewandelt. Der Botenstoff Acetylcholin (ACh) wird freigesetzt und stimuliert den AChR-Kanal zur Öffnung. Die durchfließenden Kationen bewirken eine Potenzialänderung der postsynaptischen Membran und initiieren damit ein elektrisches Signal, das letztendlich zur Kontraktion der Muskelfaser führt.

Die Animation (Abb. 1) verdeutlicht diesen Vorgang: Zwei ACh-Moleküle binden an die α-Untereinheiten (orange) des Rezeptors, der Kanal öffnet sich, die Kationen fließen entlang des jeweiligen Konzentrationsgradienten. In diesem Fall fließen überwiegend Na+-Ionen (rot) nach innen und in geringerem Ausmaß K+-Ionen (gelb) nach außen. Dadurch findet netto eine Depolarisation der postsynaptischen Membran statt (d.h. die Innenseite wird positiver), was bei einem bestimmten Schwellenwert zur Öffnung von spannungsabhängigen Natrium-Kanälen führt. Es entsteht ein Aktionspotenzial, das sich entlang der Muskelfaser fortpflanzt.

Abb.1
Aktivierung des nicotinischen ACh-Rezeptors
© Wiley-VCH

Was die Struktur des AChR betrifft, so wurde mittels einer elektronenmikroskopischen Strukturanalyse bei 9 Å Auflösung definitiv festgestellt, dass alle Untereinheiten in die Membran eingebettet sind und zusammen ein Pentamer bilden, das eine zentrale Pore umschließt (Unwin 1993). Die analoge pentamere Struktur wurde inzwischen auch für GABAA- und 5-HT3-Rezeptoren etabliert.

Die Zusammensetzung des nAChR-Pentamers hängt davon ab, ob es sich um den neuronalen oder den muskulären Typ (Abb. 2) handelt. Während der neuronale Typ des nAChR aus zwei α- und drei β-Untereinheiten zusammengesetzt ist, wird der muskuläre Typ von zwei α- und jeweils einer β-, γ-, und δ-Untereinheit gebildet.

Abb.2
Struktur des nicotinischen Acetylcholin-Rezeptors

Pentamer-Struktur des muskulären nicotinischen Acetylcholin-Rezeptors. Eine neuere Untersuchung (bei 4.6 Å) zeigte genauere Details, unter anderem mehrere Tunnel in der extrazellulären Wand des Kanalproteins (Abb. 3) a, die das wassergefüllte Vestibül mit der mutmaßlichen Bindungstasche für ACh verbinden (Miyazawa et al., 1999). Ebenso war an der Membrangrenze zum Intrazellulärraum ein wassergefüllter Tunnel zu beobachten (Abb. 3) b.

Abb.3
Struktur des nicotinischen ACh-Rezeptors
nach Miyazawa et al., 1999

Literatur

Unwin, N. (1993): Nicotinic acetylcholine receptor at 9 A resolution.. In: J. Mol. Biol.. 229 , 1101-1124
Miyazawa, A.; Fujiyoshi, Y.; Stowell, M.; Unwin, N. (1999): Nicotinic acetylcholine receptor at 4.6 A resolution: transverse tunnels in the channel wall.. In: J. Mol. Biol.. 288 , 765-786

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