Рабочий цикл бактериородопсина

Рабочий цикл бактериородопсина

Функции родопсинов

Протонный насос – создание ΔμH+ (бактериородопсин, BR и протеородопсин).

Cl--помпа – создание мембранного потенциала (галородопсин).

Каналродопсины – каналы, активируемые светом (у зеленой водоросли

Chlamydomonas reinhardtii).

Сигнальная функция – зрение у многоклеточных, фототаксис у простейших, водорослей, грибов (протистов), а также бактерий и архей (зрительные родопсины, сенсорные родопсины и бактериородопсины, SR, протеородопсин).

Сигнал у эукариот передается на G-белки (родопсины – G-белок-сопряженные рецепторы, GPCRs), у бактерий и архей – на гистидиновые киназы (двукомпонентные сигнальные системы).

Сенсорный родопсин II (SRII)

Каналродопсины и оптогенетика

Каналродопсины – ретиналь-содержащие ионные каналы, активируемые светом. Впервые обнаружены у зелёной водоросли Chlamydomonas reinhardtii.

Оптогенетика – комбинация генетических и оптических методов для управления процессами в живых системах.

Основные способы управления активностью нейронов:

возбуждение – использование катионных каналов (каналродопсинов);

торможение – использование галородопсина (хлорного насоса).

G-белок-сопряженные рецепторы (GPCRs)

Составляют одно из самых больших и разнообразных (супер)семейств белков эукариот.

Являются гомологами родопсина (белка-прототипа семейства). Содержат семь трансмембранных α-спиралей (N-конец на внеклеточной стороне). Известны пространственные структуры: родопсина, β2 адренергического рецептора (также в комплексе с агонистами и антагонистом), A2A аденозинового рецептора (с антагонистом), β1 адренергического рецептора, D3 дофаминового рецептора (с антагонистом), CXCR4 хемокинового рецептора (с антагонистами).

Основная функция – сигнальная, у человека обеспечивают 3 из 5 канонических сенсорных модальностей (зрение, вкус, обоняние).

Найдены практически у всех эукариотических организмов с известным геномом, включая грибы и растения, предковая форма, по-видимому, родопсинового типа. Число различных рецепторов – от 1-10 у растений и дрожжей до >1000 у млекопитающих и нематод (6% всех генов).

Не обнаруживают гомологии с бактериородопсинами! Пример конвергентной эволюции белковых структур?

Сигнал передается на тримерные G-белки (у человека по крайней мере 18 изоформ Gα, 5 – Gβ и 11 – Gγ).

10% GPCRs человека – известные мишени лекарств, до 50% всех лекарственных средств действуют на GPCRs.

Классификация GPCRs человека

На основании гомологий аминокислотных последовательностей G-белок- сопряженные рецепторы человека предложено объединять в 5 основных семейств (GRAFS-номенклатура):

Glutamate (15): метаботропные глутаматные, ГАМК- и вкусовые рецепторы, Ca2+- чувствительный рецептор (N-концевой лиганд-связывающий домен 280-580 а.к.)

Rhodopsin (701): рецепторы простагландинов, биогенных аминов, пептидных и непептидных гормонов, каннабиноидов, нейропептидов, нейротрансмиттеров, опиоидов, цитокинов, нуклеотидов, светочувствительные рецепторы, а также одорантные рецепторы (460)

Adhesion (24): предполагаемые молекулы клеточной адгезии, рецептор латротоксина (протяженная N-концевая область 200-2800 а.к., содержащая домены белков клеточной адгезии)

Frizzled (24): вкусовые рецепторы (отличаются от входящих в glutamate- семейство), а также рецепторы регуляторов клеточной пролиферации и дифференцировки в развитии (N-концевой лиганд-связывающий домен 200 а.к., консервативные S-S-мосты)

Secretin (15): рецепторы пептидных гормонов (N-концевой лиганд-связывающий домен 60-80 а.к., консервативные S-S-мосты)

Структура родопсина

мотив D/E-R-F/W/Y

цитоплазма

внеклеточное

пространство