Белок принимает информацию - М. А. ОСТРОВСКИЙ доктор биологических наук

М. А. ОСТРОВСКИЙ, доктор биологических наук

Сумеречным, бесцветным зрением мы обязаны зрительным клеткам — палочкам. Их исключительную светочувствительность в значительной мере определяет рецепторный белок родопсин. Его молекула — отправная точка светового сигнала в организме. Под действием света молекула родопсина претерпевает изменения: из розовой (1) она становится желтой (2). В процессе обесцвечивания рождается нервный фоторецепторный сигнал. Достигая синаптического окончания палочки, он передает эстафету медиатору. Этот химический передатчик информации пересекает синаптическую щель (3) и взаимодействует с рецепторным белком, встроенным в мембрану нервной клетки сетчатки (4). В результате в нервной клетке возникает электрический сигнал.
Химический и электрический сигналы, сменяя друг друга, устремляются по нервным путям к зрительному центру в коре больших полушарий головного мозга, где формируются зрительные образы.

Удивительная способность нашего организма воспринимать и анализировать информацию, поступающую из внешнего мира, а также сигналы о состоянии внутренних органов и систем, давно привлекала внимание исследователей. Но лишь в последние годы удалось в какой-то мере постичь интимные клеточные и молекулярные механизмы, обеспечивающие осуществление этой важной жизненной функции. В этой области физиологии, биохимии, биофизики наметился первый успех.
В частности, удалось установить, что вся «сигнальная система» нашего организма функционирует благодаря специфическим рецепторным (от латинского recipio—воспринимаю) белкам. Одни из них принимают и преобразуют сигналы из внешней среды—звуковые, световые, обонятельные, вкусовые и т. д. Другие специализированы на «внутренней сигнализации»: они осуществляют восприятие сигналов, которые посылают друг другу клетки нашего организма.
На примере восприятия светового сигнала проследим за работой рецеп-торных белков.
Как мы видим? «Разумеется, глазами»,—не задумываясь, ответит каждый. Но он будет прав лишь отчасти. Ибо видим мы скорее мозгом: зрительные картины внешнего мира формируются в зрительном центре в коре больших полушарий головного мозга. Но посылает туда информацию, конечно, глаз. Сложная оптическая система глаза преломляет лучи света таким образом, что они попадают на сетчатку. Здесь световой сигнал принимают светочувствительные рецепторные белки—зрительные пигменты, которые находятся в зрительных клетках сетчатки глаза.
В зрительных клетках—палочках—содержится пигмент родопсин; он определяет их высокую светочувствительность. Палочки обеспечивают наше ночное, сумеречное зрение. А многообразием красок мы обязаны другим клеткам сетчатки—колбочкам. Роль рецепторного белка в них играет иодопсин.
Интенсивное изучение строения зрительных пигментов началось после того, как их научились экстрагировать, то есть выделять. Оказалось, что их основное свойство—способность изменять структуру под действием света. Достаточно одного кванта видимого света, чтобы началась перестройка молекулы родопсина. Этот процесс называют обесцвечиванием: при этом родопсин из розового становится желтым. Обесцвечивание идет через несколько стадий, и одна из них запускает внутриклеточные реакции, которые преобразуют световой сигнал в электрический, называемый нервным фоторецепторным сигналом.
Вся длинная цепь реакций, начиная от поглощения света молекулой родопсина и кончая возникновением фоторе-цепторного сигнала, проходит за тысячные доли секунды. Поистине в мгновение ока!
Фоторецепторный сигнал, рожденный перестройкой молекулы родопсина, распространяется по наружной мембране палочки и достигает ее синаптического окончания. Здесь, в мельчайших пузырьках, находится своеобразный химический передатчик информации—медиатор.. Он-то и понесет сообщение следующей нервной клеткесетчатки, в мембрану которой встроен специфический рецепторный белок, воспринимающий данный медиатор. В результате их взаимодействия совершается трансформация химического сигнала в электрический. Чередуясь, цепочка сигналов (химический — электрический — химический и т. д.) достигает зрительного центра, и мы видим окружающие предметы.
Такой механизм передачи информации характерен отнюдь не только для нервных клеток зрительной системы. Таким же способом общаются между собой нейроны, нервные и мышечные, нервные и железистые клетки и т. д.

Общение происходит в месте контакта этих клеток—синапсах. Механизм сй-наптической передачи принципиально всюду одинаков. Под воздействием приходящего электрического (нервного) импульса в синаптическую щель выделяется химическое вещество—медиатор. Пересекая щель, медиатор доходит до постсинаптической мембраны следующей клетки и (вот оно, ключевое событие в механизме синаптической передачи!) взаимодействует с встроенным в нее рецепторным белком.
В зависимости от природы клеток в роли медиаторов выступают различные химические вещества: ацетилхолин, норадреналин, глицин, серотонин и другие. И для каждого медиатора существует свой рецепторный белок, воспринимающий его специфическим образом. Например, химическим передатчиком в нервно-мышечном синапсе работает ацетилхолин, а белком-рецептором, соответственно, холинорецептор. Этот рецепторный белок в значительной мере помог исследователям понять механизм преобразования в синапсе химического (ацетилхолинового) сигнала в электрический.
«Охота» за холинорецептором началась в конце сороковых годов нашего века. Именно охота, потому что выделить этот белок в пробирку не удавалось долгое время. И вот почему. Зрительный пигмент родопсин имеет розовую окраску. Поэтому хотя получать его из палочек тоже непросто, но уж если получили, то можно быть уверенным, что в пробирке именно он—родопсин. Холинорецептор же, как и многие другие белки, бесцветный и «особых примет» не имеет. Значит, его надо каким-то образом пометить. Но каким?
Поиски надежной метки растянулись на годы. Много сил отдали этой проблеме советские и зарубежные ученые. «Лед тронулся» в 1970 году: почти одновременно в нескольких лабораториях мира независимо друг от друга исследователи нашли «метку». Ею стали радиоактивные молекулы нейротоксинов, выделенные из яда самых ядовитых змей. Эти нейротоксины оказались тем крючком, на который удалось наконец зацепить холинорецептор и вытащить его из постсинаптической мембраны. После отщепления нейротоксина холинорецептор восстанавливает свою способность функционировать, и его можно использовать для эксперимента.
О последних достижениях в изучении холинорецептора говорилось на V Международном биофизическом конгрессе, который проходил в Копенгагене в августе 1975 года. Из докладов специалистов явствовало, что в институтах и лабораториях мира идет неустанный научный поиск, накапливаются все новые и новые сведения о рецепторных белках. В частности, французским исследователям удалось не только выделить в пробирку весьма чистый холинорецепторный белок, но и встроить его затем в искусственную мембрану. Эта удобная экспериментальная модель мембраны нервной клетки позволит детально проследить за теми перестройками, которые происходят с рецепторным белком при его взаимодействии с ацетилхо-лином.
Чем же объяснить столь пристальное внимание ученых к этому и другим рецепторным белкам?
Рецепторный белок—это тот незаменимый винтик, без которого не может работать сложнейшая сигнальная система нашего организма. Например, если в палочках сетчатки содержится недостаточно родопсина, светочувствительность глаза снижается: ухудшается зрение. Изучить строение и функции рецепторных белков—значит ответить на многие и многие вопросы, стоящие сегодня перед теоретической и практической медициной. Исследователи надеются, что дальнейшее проникновение в интимные механизмы деятельности рецепторных белков поможет вскрыть первопричины многих заболеваний нервной, эндокринной и других систем организма, создать новые лекарственные препараты.
Вот почему ученые разных специальностей: физиологи, биохимики, биофизики—объединили свои усилия для изучения механизма восприятия, преобразования и передачи сигналов в организме. Цель их работы—познать природу основных жизненных процессов, познать человека на благо человека.