La
gran mayoría de los impulsos nerviosos son transmitidos por sinapsis a través
de pequeñas moléculas que difunden fácilmente, los neurotransmisores. La sinapsis se lleva a cabo a través de la
membrana de una neurona dadora (membrana presináptica) y la membrana de otra
neurona receptora (membrana postsináptica) formando un espacio de unos 50 nm
(hendidura sináptica). El impulso nervioso provoca el transporte de unas 300
vesículas a la hendidura sináptica. La unión del neurotransmisor acetilcolina a
la membrana postsináptica produce una permeabilidad distinta a los iones creando
un potencial de acción. La membrana postsináptica posee receptores de
acetilcolina que se abren al fijarse este neurotransmisor y permite el paso por
igual de los cationes Na+ y K+.
El
receptor de acetilcolina es el mejor de entre los conductos regulados por
ligando. Este tipo de conducto no está regulado por voltaje sino por la unión
de ligandos, como es el caso del acetilcolina en el que se le une al receptor
abriéndolo. Los receptores de la
membrana postsináptica están densamente empaquetados. Mediante la utilización
de técnicas de purificación, se estableció que este receptor de 268 Kd (Kilo
Dalton) es un pentámero formado por cuatro clases de subunidades transmembrana
distintas (α2, β, γ y δ), con un peso molecular que oscila entre los
50 y 58 Kd y que se distribuyen de forma anular de modo que forma un poro a
través de la membrana. Estas cuatro subunidades son codificadas por ADNc (ADN
complementario). Este ADN se ha clonado y secuenciado y se ha descubierto que
las cuatro subunidades tienen secuencias nucleótidas muy parecidas. Los genes
que codifican estas subunidades han aparecido por duplicación de un gen
ancestral común.
Los
receptores de acetilcolina están divididos en tres zonas dependiendo de donde
se encuentre cada parte en la membrana: existe un dominio extracelular que
sobresale de la membrana postsináptica; en el extremo carboxilo se encuentra un
segmento transmembrana; en la zona más interna está el segmento del interior de
la célula, como se puede observar en la figura. En el proceso sináptico, la
acetilcolina se une a las interfases de α-γ y α-δ. Estudios de microscopía
electrónica con receptores de acetilcolina purificados demostraron que la
estructura es pentamérica y está en harmonía con las cinco subunidades. El
dominio extracelular está formado principalmente por hebras β, cuatro hélices α
transmembrana y una hélice α final en el interior de la célula.
La
apertura o cierre de los receptores de acetilcolina está regulada por la unión
de este neurotransmisor. Cuando se fija a él provoca una alteración estructural
que produce la modificación de los cinco segmentos α-hélices que recubren el poro
transmembrana. Las secuencias de las hélices α están orientadas hacia residuos
pequeños polares o neutros (serina, treonina y glicina) y otros grandes
apolares (isoleucina, leucina y fenilalanina). Cuando están cerrados los
residuos grandes pueden tapar el conducto formando un anillo hidrofóbico
ajustado. La unión de acetilcolina puede hacer rotar alostéricamente las
hélices transmembrana de forma que el poro quede forrado por residuos polares
pequeños en lugar de estarlo por residuos grandes hidrofóbicos. El poro, ahora
más ancho y polar, estará abierto al paso de iones Na+ y K+
.
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