Proteinrezeptoren

Obwohl Veränderungen der Primärstruktur von Proteinen durch chemische Substanzen verursacht werden können, die Peptidbindungen spalten oder eine Aminosäure durch eine andere ersetzen, ist es unwahrscheinlich, dass dies die Umkehrbarkeit der Wirkung von Arzneimitteln erklärt. Es sind relativ viele Beispiele dafür bekannt, dass die Wechselwirkung von Arzneimitteln mit Aminosäureresten im Proteinmolekül zu Verschiebungen der Sekundär- und Tertiärstrukturen, aber nicht der Primärstruktur führt.
Die Aminosäurereste im Protein-Rezeptormolekül enthalten bekanntlich polare und unpolare Gruppen, die die Bildung polarer oder unpolarer Bindungen zwischen ihnen und pharmakologischen Präparaten determinieren.
Polare Gruppen (-OH, -SH, COO-, -NH3, =0) ermöglichen vor allem die Ausbildung von ionischen und Wasserstoffbrückenbindungen.
Unpolare Gruppen (Wasserstoff, Methyl-, Cycloradikale usw.) bilden hydrophobe Bindungen mit niedermolekularen pharmakologischen Substanzen.
Die Konformationen von Makromolekülen werden oft auch durch Disulfidbrücken stabilisiert, die ebenfalls Angriffspunkt für pharmakologische Präparate sein können, die Komplexe bilden. Da konformative Übergänge von Proteinen für die Wechselwirkung mit Arzneimitteln von wesentlicher Bedeutung sind, erscheint es sinnvoll, die Rolle der Disulfidbrücke in diesem Prozess zu erörtern.

Liganden-aktivierte Ionenkanäle

Da die Disulfidbrücke die Proteinstruktur stabilisiert und daher für die physikalischen und biologischen Eigenschaften der Proteine verantwortlich ist, kann die Beeinflussung durch bestimmte Arzneimittel vielfältige Änderungen sowohl in der Struktur als auch in der Funktion von Proteinrezeptoren bewirken. In der Biochemie sind seit langem verschiedene Reagenzien auf Sulfhydrylgruppen bekannt, die erfolgreich zur Untersuchung ihrer Lokalisation und Struktur von Proteinen eingesetzt werden. Dazu gehören p-Chlormercuribenzoat, Monoiodacetat, Mercaptoethanol, Dithiothreitol usw. Darüber hinaus werden in der Pharmakologie Präparate eingesetzt, die Sulfhydrylgruppen und -bindungen beeinflussen und ein unterschiedliches Spektrum biologischer Wirkungen aufweisen. Die bedeutendsten sind quecksilber- und arsenhaltige Agenzien.
Disulfidbrücken können sowohl intermolekular als auch als Quervernetzungen verschiedener Moleküle auftreten und intermolekulare Quervernetzungen bilden, die die konformativen Eigenschaften von Proteinmolekülen bestimmen.
Detailliertere Informationen über die Lokalisation der Disulfidbrücke, die Konformation des Moleküls und deren Einfluss auf die Tertiärstruktur wurden durch Röntgenstrukturanalyse gewonnen. Diese Methode wurde zur Analyse einiger kristalliner Proteine mit Disulfidbrücken wie Lysozym, α-Chymotrypsin und Ribonuclease angewendet. Die Disulfidbrücke lässt sich auf Röntgenbeugungsbildern von Proteinen aufgrund ihrer Festigkeit und Komplexbildung mit Schwermetallionen leicht erkennen.
Es ist in den letzten Jahren bekannt geworden, dass die Disulfidbrücke in Nikotinrezeptoren in gewissem Abstand vom anionischen Zentrum enthalten ist, während sie in Muskarinrezeptoren fehlt. Nach Reduktion reagiert die Disulfidbrücke mit Reagenzien auf Sulfhydrylgruppen, die eine bestimmte Affinität zum Cholininrezeptor über die Trimethylammnoniumgruppe aufweisen. Diese tritiummarkierten Reagenzien wie 3H-4-(N-Maleimido)-α-benzyltrimethylammonium können sich spezifisch an die SH-Gruppen der reduzierten Rezeptoren binden, während die unspezifische Bindung durch den Überschuss an Sulfhydrylgruppen biologischer Membranen bedingt ist. Die Isolierung der Protein-Rezeptoren nach Hemmung der unspezifischen SH-Gruppen und Gelelektrophorese in Polyacrylamid zeigte eine Zone mit hoher Radioaktivität, deren Molekulargewicht 42.000 entsprach.
Die Untersuchung der Cholinrezeptoren mittels chemischer Modifizierung führte zu dem Schluss, dass das anionische Zentrum sowohl der Muskarinrezeptoren als auch der Nikotinrezeptoren durch eine Carboxyl- oder Phosphatgruppe repräsentiert wird, während sich die Disulfidbrücke des Nikotinrezeptors in einem Abstand von 12 Å vom anionischen Zentrum befindet.