Récepteur de l'acétylcholine

Un exemple de canal chimio-dépendant : le récepteur-canal de l'acétylcholine

L'acétylcholine est un neurotransmetteur qui exerce son action au niveau de la synapse (jonction entre 2 neurones). Le récepteur de l'acétylcholine (appelé "récepteur-canal nicotinique de l'acétycholine") situé dans la membrane postsynaptique est un canal ionique.

Quand l'acétylcholine est fixée sur son récepteur, les conductances de Na⁺ et de K⁺ augmentent de manière très importante dans l'espace de 0.1 msec.

Il se produit alors une entrée importante de Na⁺ dans le neurone postsynaptique et une sortie plus faible de K⁺. L'entrée de Na⁺ provoque une dépolarisation de la membrane et déclenche le potentiel d'action.

Les canaux ouverts par l'acétylcholine sont d'une seule sorte (il n'y a qu'un seul type de canal utilisable parr les Na⁺ et par les K⁺) avec une perméabilité comparable pour Na⁺ et K⁺. Le gradient électrochimique des Na⁺ étant plus important que celui des ions K⁺, c'est le transport de Na⁺ qui est favorisé.

L'organe électrique du poisson électrique "Torpedo marmarota" a servi de modèle pour l'étude du récepteur de l'acétylcholine. Les membranes postsynaptiques de ce système sont très riches en récepteur : 20 000 unités par µm^2.
Le récepteur est solubilisé par un détergent non ionique et purifié par chromatographie d'affinité sur une colonne contenant la cobratoxine (un inhibiteur très spécifique du canal).

Le récepteur est un pentamère (a, a, b,g,d)de 268 kDa. Les 5 sous-unités sont disposées symétriquement (symétrie d'ordre 5) autour du canal.Le diamètre moyen du récepteur est 65 angströms. L'orifice du canal est large, 25 angströms, au sommet (côté synapse) et 20 angströms à la base (côté cytosol du neurone postsynaptique) avec un rétrécissement à l'intérieur où il devient inférieur à 10 angströms. La partie étroite du pore est bordée par 5 hélices alpha, une pour chaque sous-unité.

Les mesures de conductance par patch clamp mettent en évidence d'activité d'un seul canal. L'addition d'acétylcholine est suivie par des ouvertures transitoires du canal pour un potentiel de membrane de -100 mV, le courant passant à travers le canal est de 4 pA, ce qui équivaut au passage de 2.5 10⁷ ions Na⁺ par seconde.

L'expression des cDNA (DNA complémentaires des ARN messagers) des sous-unités du récepteur dans des ovocytes de Xenope dépourvus de leur propre récepteur de l'acétylcholine a permis de montrer que le canal n'est complètement actif que si les 4 types de sous-unités sont présentes.

La fixation de 2 molécules l'acétylcholine sur le récepteur ouvre transitoirement un pore sélectif pour les cations. Le canal reste ouvert pendant environ 1 msec car l'acétylcholine est très rapidement dégradée par une enzyme : l'acétylcholinestérase. Cette enzyme est accrochée par liaison covalente à la membrane postsynaptique sur un glycolipide. L'acétylcholinestérase est une enzyme d'une très grande efficacité ( "activité molaire" : kcat = 25 000 s-1).

Le changement de conformation du pore lors de la transition ouverture/fermeture implique une rotation angulaire des hélices qui bordent le canal. A l'état fermé, les résidus hydrophobes volumineux obstruent le pore. La transition vers l'état ouvert s'explique par une rotation des hélices et un déplacement des gros résidus hydrophobes vers l'extérieur du canal.

Les cations mono ou divalents peuvent traverser le pore mais pas les anions. La sélectivité pour les cations par rapport aux anions est due à des résidus chargés négativement aux deux extrémités du pore qui vont permettre l'exclusion des anions par répulsion électrostatique.