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Voraussetzung für das effektive Arbeiten eines Nervensystems ist eine sorgfältig abgestimmte Kommunikation zwischen seinen Zellen. Einerseits müssen externe Signale aufgenommen und verarbeitet werden, damit sowohl einzelne Zellen als auch der ganze Organismus sinnvoll reagieren können. Andererseits muß für längerfristiges Überleben (in der genetisch vorbestimmten Art) eine gewisse Homöostase gewärleistet sein, besonders auch für Gedächtnisfunktionen.

Signale - chemische oder physikalische - sind extrazellulär, aber das Zellinnere hat auf Signale zu reagieren. Das impliziert einen Signalübertragungsweg durch die Zellmembran. Signalsubstanzen, z.B. Neurotransmitter wie Glutamat, dringen nicht in die Zelle ein, sondern reagieren mit Rezeptoren an der Zelloberfläche. Die Rezeptoren sind mit Effektoren gekoppelt

• entweder kovalent, wobei beide Funktionen Teile verschiedener Domänen des gleichen Proteins sind
• oder durch Assoziation mit Gruppen anderer Proteine wie im Fall der Dreikomponenten-Signalübertragungssysteme.

Ein Beispiel für den ersten Typ ist ein extrazellulärer Rezeptor in Kombination mit einer Pore durch die Membran. Der Durchtritt eines sekundären Botenstoffes wird durch den Rezeptor reguliert. Ein solcher Fall ist der ionotrope Glutamatrezeptor gekoppelt mit einem Kationen-spezifischen Ionenkanal.

Dem zweiten Konstruktionsprinzip folgen die metabotropen Rezeptoren. Die membrangebundenen Rezeptoren assoziieren mit G-Proteinen als Übertrager und Signalverstärker. Die dritte Komponente ist ein funktionelles Protein, das die Konzentrationsänderung des sekundären Botenstoffes bewirkt.

Sowohl von einem ionotropen Glutamatrezeptor (AMPA-sensitiv) als auch von einem metabotropen Glutamatrezeptor konnte die Struktur jeweils des ligandenbindenden Proteinteils aufgeklärt werden, jeweils mit und ohne Glutamat oder anderen Liganden.

Ionotroper Glutamatrezeptor (exramembranöse Domäne)		Metabotroper Glutamatrezeptor (extrazellulärer ligandenbindender Teil)
Strukturdetails		Strukturdetails

Literatur: S Nakanishi, Molecular diversity of glutamate receptors and implications for brain function, Science 258 (1992) 597-603
T Gudermann et al, Functional and structural complexity of signal tranduction via G-protein-coupled receptors, Annu. Rev. Neurosci. 20 (1997) 399-427
DJ Slotboom et al, The structure of glutamate transporters shows channel-like features, FEBS Lett. 492 (2001) 183-186