Biochemische Aspekte der cholinergen Reizung

Abstract

Lebende Organismen kbnnen sich nur entwickeln und erhalten, solange eine wirksame Kommunikation zwischen ihren Einzelkomponentenden Zellenbesteht. Diese interzellullre Kommunikation ist hauptsachlich chemischer Natur: Sie benutzt als Botenstoffe Neurotransmitter und Hormone und als Signalempfanger Rezeptoren. Die Konzentrationen aller beteiligten Komponenten sind gewbhnlich gering. Ausnahmen gibt es bei einigen synaptischen Kommunikationssystemen wie der Nerven-Muskel-Synapse oder ihrer speziellen Form, der Nerven-Elektrozyt-Synapse in den elektrischen Organen von Zitteraal (Electrophorus) und Zitterrochen (Torpedo). Diese Systeme sind der biochemischen Analyse gut zuganglich, so daD sie sich zur Aufkliirung der molekularen Grundlagen derartiger biologischer Kommunikationsprozesse eignen. Auf diese Weise ist gefunden worden, daI3 der nicotinische Acetylcholinrezeptor der Muskelzelle nicht nur das von der zugeh6rigen Nervenzelle ausgesendete Signal empfangt, sondern dieses auch selbst in eine elektrische Aktivitilt der Muskelzelle umsetzt. Fluoreszenzkinetische Untersuchungen der Wechselwirkung des Acetylcholinrezeptors nit seinen Liganden haben zu einem neuen Model1 des molekularen Mechanismus der cholinergen Reizung gefiihrt, das auch von physiologischen und immunologischen Befunden gestiitzt wird. Angew. Chem. 96 (1984) 193-219 @ Verlag Chemie GmbH. 0-6940 Weinheim. 1984 0014-8249/84/0303-0193 S 02.50/0 193 Acetylcholin J 2 prasynaptisch Verpackung in Vesikeln enzymatische Acetylierung t Wiederaufnahme von Cholin-50 ms Abb. 2. Acetylcholin-induzierte hderungen der elektrischcn Lcitfahigkeit einzelncr loncnkanalc des Acetylcholinrezeptor. a) Nach Hami// et al. [33] wurde ein McmbranstUckchen eines embryonalcn Rattenmuskels so an der McDpipettc festgcsaugt, daD ein Ubergangswiderstand von einigen Gn erreicht wurdc. Unter Bedingungen der Spannungsklemme (die Spannung Uber der Membran wird wahrcnd dcr gcsamten Mcssung konstant gehalten) werden dann die jlnderungen des Stromflusses aufgezeichnet. Diese sind den iinderungen dcr Mcmbranleitf3higkeit dirckt proportional. Eine derartige Anordnung wird als patch-clamp bezeichnct. Pipettenl6sungen: innen 150 m~ KCI, 1 mM EGTA, 4 mM HEPES, pH 7.2; auDen 150 mM NaCI. 2 mM CaCI2, 2 mM MgCh. 4 mM KCI, 4~ HEPES, pH 7.2. Das Membranpotential wurde auf -70 mV festgelcgt, was einer lcichtcn Hyperpolarisation dcr Muskelmcmbran entspricht. MeBtemperatur ca. 2 5 T .b) Die Strom-&it-Kurve wurdc nach Zugabc von Acetylcholin (2 pM) zur AuDenl6sung aufgcnommen. Wic aus den Amplituden zu erkcnnen ist, traten neben Einzelkanalereignissen auch Doppcl-und Drcifachkanalereignisse auf (gleichzeitige Aktivierung von zwei bzw. drei Rezeptorkan~len). Die Messung wurde von Dr. C. Merhfessel, Univcritit Bochum, durchgefiihrt. Angew. Chem. 96 (1984) 193-219 4 a , X = B r , 4b. X = CnH2,,+, , 4 c , X = ( C H .~-, -N H~) -N O~

Covalent labeling of functional states of the acetylcholine receptor

“…The allosteric four-state model is proposed as a minimum model describing AChR functions satisfactorily [l, 151. Alternative models have been proposed (for a recent review see [18]), but they all may be too simple especially with respect to AChR inactivation and competitive antagonists. The latter quite obviously are not simply ligands of the resting AChR with no other effect than to stabilize the protein in this state.…”