Molecola del Mese
di David S. Goodsell
trad di Mauro Tonellato

Recettore dell'Acetilcolina


Molecola del Mese di Novembre 2005

Recettore dell'Acetilcolina
Le cellule nervose devono essere in grado di mandarsi messaggi in modo rapido e chiaro. Uno dei modi in cui le cellule nervose comunicano con le loro vicine consiste nel mandar loro un getto di piccole molecole di neurotransmettitore. Queste molecole si diffondono verso la cellula vicina e si legano a speciali proteine, i recettori, sulla superfice cellulare. Questi recettori si aprono e permettono agli ioni sodio di entrare. Il processo è veloce perché i piccoli neurotransmettitori, come acetilcolina e serotonina, si diffondono rapidamente attraverso lo stretto spazio della sinapsi tra le cellule. I canali trans-membrana si aprono in pochi millisecondi, permettendo agli ioni sodio di diffondersi nella cellula. Poi si richiudono con la stessa velocità, interrompendo rapidamente il segnale perchè i neurotransmettitori si staccano e si allontanano dalla sinapsi.

La Cascata della Contrazione
I recettori dell'acetilcolina si trovano sulla superficie delle cellule muscolari, concentrati nelle sinapsi tra cellule nervose e cellule muscolari. Una forma simile si trova anche nel sistema nervoso centrale dove trasmette i messaggi da un nervo all'altro. Questi recettori dell'acetilcolina sono composti di cinque catene proteiche, legate tra loro in modo da formare un lungo tubo che attraversa la membrana cellulare. Due di queste catene, colorate qui di arancione, hanno dei siti di legame per l'acetilcolina su un lato, colorati qui in rosso. Quando l'acetilcolina si lega a queste due catene, la forma dell'intero recettore cambia leggermente, aprendo il canale. Questo permette agli ioni positivi, come sodio, potassio e calcio, di attraversare la membrana. I muscoli pompano continuamente sodio fuori dalle loro cellule, così quando sono rilassati, c'è più sodio fuori che dentro. Quando ricevono il segnale dal nervo, i canali si aprono e permettono agli ioni sodio di tornare velocemente all'interno, avviando il processo che porta alla contrazione muscolare.

Elettricità Biologica
Il recettore dell'acetilcolina mostrato qui (file PDB 2bg9) proviene dalla torpedine elettrica. È un buon modello da studiare perché è simile al recettore che si trova nelle nostre sinapsi nervo-muscolo, e si trova in alte concentrazioni negli organi elettrici delle torpedini. Le torpedini e le anguille elettriche producono delle scariche di elettricità con uno speciale organo che è composto da molte cellule muscolari modificate, appiattite e ammassate una sull'altra. La piccola differenza di potenziale che si forma attraverso ogni membrana cellulare, controllata dal denso impaccamento di molti recettori dell'acetilcolina, si somma come in una grande pila, producendo uno shock elettrico che può stordire la preda.







Cobra e Curaro
Il recettore dell'acetilcolina costituisce un collegamento essenziale tra il cervello ed i muscoli, per questo è un bersaglio molto sensibile agli attacchi. Molti organismi producono veleni che bloccano il recettore dell'acetilcolina, provocando la paralisi. Tra questi veleni c'è la neurotossina del veleno di cobra, mostrata qui a fianco (file PDB 1yi5). In questa struttura, cinque molecole di tossina, rosse, sono legate ad una proteina che è simile al recettore dell'acetilcolina. Altri veleni che paralizzano il recettore dell'acetilcolina sono il curaro, la nicotina, ed il veleno mortale delle conchiglie a cono.















Esplorando la Struttura
Anche se non sono ancora disponibili attualmente strutture per gli stati aperti e chiusi del recettore dell'acetilcolina, potete vedere quello che accade quando questa si lega al suo recettore osservando una proteina simile, la proteina che lega l'acetilcolina. Questa proteina è stata scoperta in alcune lumache di mare (nudibranchi), dove modula i segnali portati dall'acetilcolina. È molto simile alla parte esterna del recettore dell'acetilcolina, senza la parte che attraversa la membrana. Il sito di legame del recettore dell'acetilcolina (file PDB 2bg9) è mostrato qui sulla sinistra, nello stato chiuso prima che l'acetilcolina si leghi. Gli amminoacidi importanti nel sito di legame sono mostrati colorati secondo la convenzione CPK, incluso uno strano ponte disolfuro (in giallo) tra due cisteine adiacenti. La porzione simile della proteina che lega l'acetilcolina (file PDB 1uv6) è mostrata sulla destra, con l'acetilcolina legata (in verde). Notate che questi amminoacidi si piegano per avvolgersi attorno al neurotrasmettitore. Quando il sito di legame si chiude attorno all'acetilcolina, la conformazione complessiva del recettore si deforma, aprendo il poro attraverso la membrana.

Bibliografia

Nigel Unwin (2005) Refined structure of the nicotinic acetylcholine receptor. Journal of Molecular Biology 346, 967-989.

Arthur Karlin (2002) Emerging structure of the nicotinic acetylcholine receptors. Nature Reviews Neuroscience 3, 102-114.

Irwin B. Levitan and Leonard K. Kaczmarek (2002) The Neuron. Oxford University Press.