Kính Na+ của câc tổ chức vă cơ thể khâc nhau có một loạt câc tiểu đơn vị nhng chỉ tiểu đơn vị chính tắc (α) lă cơ bản. (a) Tiểu đơn vị α lă một protein lớn với 4 đồng đẳng (homologous domain I-IV), mỗi một domain chứa 6 xoắn α
qua măng (1-6). Xoắn α 4 trong mỗi domain (xanh) lă câi cảm điện thế (voltage sensor). Câc segment giữa 5 vă 6, vùng lỗ (đỏ) tạo thănh câi lọc có chọn lọc vă segment nối 3 vă 4 lă cổng bất hoạt. (b) Bốn domain vđy quanh kính qua măng ở giữa đợc lót bín trong bằng câc gốc amino acid phđn cực. Câc segment liín kết với câc xoắn 5 vă 6 (đỏ) trong mỗi domain đi gần lại với nhau để tạo ra câi lọc có chọn lọc, chúng tồn tại trong mọi kính Na+. Câi lọc lăm cho kính có khả năng phđn biệt ion Na+ vă câc ion khâc có kích thớc tơng tự. Cổng bất
hoạt(xanh) đóng (đờng nhiều chấm) ngay sau khi cổng hoạt hóa mở. (c) Cơ chế cảm ứng bao gồm sự chuyển động của xoắn 4 (xanh) vuông góc với mặt phẳng măng để đâp ứng lại sự thay đổi thế năng măng. Nh đợc chỉ ra ở đỉnh, sự tích điện dơng mạnh trín xoắn 4 cho phĩp nó bị kĩo văo trong để hởng ứng thế năng măng đm ở trong măng. Sự khử cực lăm giảm sự kĩo năy vă xoắn 4 lại lơi ra nhờ chuyển động ra ngoăi. Chuyển động năy đê thông bâo đến cổng hoạt động (văng cam) thay đổi cấu hình, chúng mở kính hởng ứng sự khử cực.
Sự bất hoạt (inactivation) của kính đợc cho lă do cơ chế nhânh vă quả cầu (a ball and-chain mechanism). Protein domain phía bề mặt nguyín sinh chất (trong) của kính Na+, cổng bất hoạt (quả cầu) bị buộc văo kính nhờ segment polypeptide ngắn (nhânh) (H.2-46b). Domain năy chuyển động tự do xung quanh khi kính bị đóng. Nhng khi kính mở, một vị trí trín mặt trong của kính trở nín sẵn săng cho quả cầu đê bị buộc liín kết văo, khóa kính. Độ dăi của dđy buộc quyết định kính ở trạng thâi mở bao lđu; dđy buộc căng dăi thì thời gian mở căng dăi. Sự bất hoạt của câc kính ion khâc cũng có thể hoạt động theo cơ chế tơng tự.
10.5 Acetylcholine receptor lă kính ion đóng mở bằng ligand.
Một kính ion đợc nghiín cứu rất nhiều lă nicotinic acetylcholine receptor, cơ sở cho sự chuyển qua một tín hiệu điện từ motor neuron đến sợi cơ tại điểm nối thần kinh cơ (ra lệnh co cơ). (nicotinic receptor đợc phđn biệt theo nguồn gốc với muscarinic receptor nhờ sự nhạy cảm của nó đối với nicotine, còn muscarinic receptor thì nhạy cảm với muscarine, alkaloid của mushroom (nấm), chúng có cấu trúc vă chức năng khâc nhau). Acetylcholine đợc giải phóng bởi motor neuron khuếch tân một văi micrometer đến măng nguyín sinh của cơ, ở đđy nó liín kết với acetylcholine receptor. Điều năy buộc thay đổi cấu hình trong receptor lăm cho kính ion mở. Kết quả lăm chuyển câc điện tích dơng văo trong, lăm khử cực măng nguyín sinh, gđy ra co cơ. Acetylcholine receptor cho phĩp
Na+, Ca+2, vă K+ đi qua dễ dăng nh nhau, nhng câc cation khâc vă tất cả câc anion thì không có khả năng đi qua. Sự vận chuyển Na+ qua acetylcholine receptor ion channel thì không bêo hòa (tốc độ của nó tỷ lệ thuận với nồng độ Na+ ngoăi tế băo vă rất nhanh (văo khoảng 2x107 ion/giđy) trong điều kiện sinh lý.
Kính receptor lă đặc thù của nhiều kính ion, chúng sinh ra hoặc đâp lại câc tín hiệu điện: nó có một cổng, nó mở để đâp ứng lại sự kích thích của phđn tử tín hiệu (trong trờng hợp năy lă acetylcholine) vă một cơ chế tính toân thời gian bín trong, nó đóng lại sau tâch lần thứ 2. Nh vậy tín hiệu acetylcholine chỉ thoâng qua-hình ảnh cơ bản của dòng điện tín hiệu. Chúng ta sẽ hiểu sự thay đổi
H.2-47. Cấu trúc của acetylcholine receptor ion channel. (a) Mỗi trong 5 tiểu đơn vị (∝2 ) có 4 xoắn α qua măng, M1
đến M4. M2 thì lỡng cực; câc xoắn khâc chủ yếu có gốc thđn dầu. 5 tiểu đơn vị xếp vòng tròn, kính ion ở giữa, kính đợc lót bởi câc vị trí phđn cực của M2, ở đỉnh vă đây của kính lă câc vòng của câc gốc aminoacid mang điện tích đm. (b) Nhìn từ trín xuống qua trung tđm M2 thấy 5 gốc Leu (từ M2)nhô văo kính lăm cho đờng kính kính nhỏ lại, không cho câc ion Ca+, Na+, K+
đi qua. Khi cả 2 vị trí receptor ( ở trín tiểu đơn vị α ) bị chiếm, sự thay đổi cấu hình xẩy ra. M2 xoay nhẹ, 5 gốc Leu (văng) quay ra khỏi kính vă đặt văo đó câc gốc nhỏ hơn, phđn cực (xanh). Kính mở, cho phĩp câc ion Ca+2, Na+ vă K+ đi qua.
cấu trúc cổng trong acetylcholine receptor, nhng không phải lă cơ chế chính xâc của sự đóng cổng thậm chí trong trờng hợp sự có mặt tiếp tục của acetylcholine.
Nicotinic acetylcholine receptor có 5 tiểu đơn vị: 2 tiểu đơn vị α, câc tiểu đơn vị . Mỗi tiểu đơn vị α có một vị trí gắn acetylcholine. Cả 5 tiểu đơn vị đợc liín hệ với nhau theo thứ tự vă cấu trúc bậc ba, mỗi tiểu đơn vị có 4 segment xoắn α qua măng (M1-M4) (H.2-47a). Năm tiểu đơn vị bao quanh lỗ trung tđm, lỗ năy đợc lot phía trong bởi xoắn M2 của nó. Lỗ rộng khoảng 20A0, câc phần của kính nó nhô ra trín mặt trong vă mặt ngoăi của măng, nhng nó hẹp lại vì nó qua lớp lipid kĩp. Gần trung tđm của lớp lipid kĩp lă một vòng câc nhânh Leu thđn dầu to kềnh căng trong xoắn M2 đặt chen văo nhau, ngăn cản câc ion đi qua kính. Sự thay đổi cấu hình dị lập thể do sự liín kết acetylcholine văo 2 tiểu đơn vị α lăm xoay nhẹ M2(H.2-47-b), kĩo câc nhânh thđn dầu ra khỏi trung tđm của kính, mở kính để câc ion đi qua.
Trín cơ sở sự tơng tự giữa trình tự câc amino acid của câc kính ion đóng mở bằng ligand vă acetylcholin receptor, câc kính receptor đâp ứng câc tín hiệu ngoăi tế băo -aminobutyric acid (GABA), glycine vă ceretonin cũng đợc phđn văo loại siíu họ acetylcholine receptor (acetylcholine receptor superfamily), vă có khả năng có một phần giống về cấu trúc 2, 3 chiều vă cơ chế đóng mở. GABAA vă glycine receptor lă câc kính anion đặc hiệu cho Cl- hoặc HCO3-, nhng ngợc lại seretonin receptor, giống nh acetylcholine receptor đặc hiệu cation. Câc tiểu đơn vị của mỗi kính đó giống nh mỗi tiểu đơn vị của acetylcholine receptor, có 4 segment xoắn qua măng vă tạo ra một olygometric channel.
Nhóm câc kính ion đóng mở bằng ligand thứ 2 đâp ứng cho câc ligand ở trong tế băo lă (intracellular ligand): GMPv (GMP vòng -3’, 5’-cyclic guanosine mononucleotide) trong mắt động vật có xơng sống, GMPv vă AMPv trong câc neuron cơ quan khứu giâc, ATP vă inositol 1,4,5 triphosphate (IP3) trong nhiều loại tế băo. Câc channel năy lă sự kết hợp của nhiều multiple subunit, mỗi tiểu đơn vị có 6 domain xoắn α qua măng. Chúng ta sẽ thảo luận chức năng chuyền tín hiệu của câc kính năy trong chơng sau.
Tổng kết phần. Sự vận chuyển câc chất tan qua măng.
*Sự vận chuyển câc chất phđn cực vă ion qua măng sinh học đòi hỏi câc protein vận chuyển. Một văi chất vận chuyển khuếch tân bị động dễ dăng đơn giản qua măng từ phía có nồng độ chất tan cao hơn sang nơi có nồng độ thấp hơn. Câc chất vận chuyển khâc vận chuyển tích cực chất tan ngợc với gradient nồng độ, nh vậy sự vận chuyển gắn liền với nguồn năng lợng chuyển hóa.
*Câc chất mang, giống nh lă enzyme, thể hiện sự bêo hòa vă đặc hiệu cho cơ chất. Sự vận chuyển qua câc nhệ thống năy có thể lă bị động hay tích cực. Vận chuyển tích cực