МЕМБРАННІ РЕЦЕПТОРИ: ФУНКЦІЇ, ТИПИ, ЯК ВОНИ ПРАЦЮЮТЬ - БІОЛОГІЯ - 2025

Ці мембранні рецептори являють собою клас клітинних рецепторів, які розташовані на поверхні плазматичної мембрани клітин, що дозволяє виявляти хімічні речовини за своєю природою не може перетинати мембрану.

Як правило, мембранні рецептори - це цілісні мембранні білки, спеціалізовані для виявлення хімічних сигналів, таких як пептидні гормони, нейромедіатори та певні трофічні фактори; деякі препарати та токсини також можуть зв'язуватися з цими типами рецепторів.

Представницька схема мембранного рецептора. Спостерігаються ліганди, розташовані у зовнішній частині мембрани (1), взаємодія між рецепторами ліганду та мембрани (2) та (3) наступні сигнальні події (Джерело: Wyatt Pyzynski через Wikimedia Commons)

Вони класифікуються за типом внутрішньоклітинного каскаду, до якого вони приєднані, і які є тими, що визначають кінцевий вплив на відповідну клітинку, називається клітиною-мішенню або цільовою клітиною.

Таким чином, були описані три великі групи: ті, які пов'язані з іонними каналами, ті, які пов'язані з ферментами, і ті, які пов'язані з білком G. Зв'язування лігандів з рецепторами породжує конформаційну зміну рецептора, що запускає каскад внутрішньоклітинної сигналізації в цільова клітина.

Сигнальні ланцюги, з'єднані з мембранними рецепторами, дозволяють посилити сигнали і генерувати перехідні або постійні відповіді або зміни в клітині-мішені. Ці внутрішньоклітинні сигнали в сукупності називаються "системою трансдукції сигналу".

Особливості

Функція мембранних рецепторів та інших типів рецепторів взагалі полягає в тому, щоб дозволити зв’язок клітин між собою таким чином, щоб різні органи і системи організму координували роботу для підтримки гомеостазу і реагувати на добровільні та автоматичні накази, видані нервовою системою.

Таким чином, хімічний сигнал, що діє на плазматичну мембрану, може викликати посилену модифікацію різних функцій в біохімічному механізмі клітини і викликати безліч конкретних реакцій.

Через систему посилення сигналу єдиний стимул (ліганд) здатний генерувати негайні, непрямі та тривалі перехідні зміни, змінюючи, наприклад, експресію деяких генів у клітині-мішені.

Типи

Клітинні рецептори класифікуються за місцем їх розташування на: мембранні рецептори (ті, що піддаються впливу клітинної мембрани) та внутрішньоклітинні рецептори (які можуть бути цитоплазматичними або ядерними).

Мембранні рецептори бувають трьох типів:

- Пов’язаний з іонними каналами

- Зв'язаний з ферментами

- Зв'язаний з G білком

Мембранні рецептори пов'язані з іонними каналами

Також називаються іонними каналами, що перебувають у лігандах, вони являють собою мембранні білки, складені з 4 до 6 субодиниць, які зібрані таким чином, що вони залишають центральний канал або пори, по яких іони переходять з однієї сторони мембрани в іншу.

Приклад рецептора ацетилхоліну, рецептора, пов'язаного з іонним каналом. Показано три його конформаційні стану (Джерело: Laozhengzz через Wikimedia Commons)

Ці канали перетинають мембрану і мають позаклітинний кінець, де розташований сайт зв'язування ліганду, та інший внутрішньоклітинний кінець, який у деяких каналах має затворний механізм. Окремі канали мають внутрішньоклітинний сайт ліганду.

Фермент-мембранні рецептори

Ці рецептори також є трансмембранними білками. Вони мають позаклітинний кінець, який представляє сайт зв'язування ліганду і пов'язаний з їх внутрішньоклітинним кінцем ферментом, який активується зв'язуванням ліганду з рецептором.

Мембранні рецептори, сполучені або пов'язані з білком G

Рецептори, пов'язані з G-білками, мають непрямий механізм регуляції внутрішньоклітинних функцій клітин-мішеней, що включає молекули перетворювачів, звані GTP-зв'язуючими або зв'язуючими білками або G-білками.

Усі ці рецептори, пов'язані з білком G, складаються з мембранного білка, який сім разів перетинає мембрану і називається метаботропними рецепторами. Ідентифіковано сотні рецепторів, пов'язаних з різними білками G.

Як вони працюють?

У рецепторах, пов'язаних з іонними каналами, зв'язування ліганду з рецептором породжує конформаційну зміну структури рецептора, яка може модифікувати затвор, переміщувати стінки каналу ближче чи далі один від одного. Цим вони змінюють проходження іонів з однієї сторони мембрани в іншу.

Рецептори, пов'язані з іонними каналами, здебільшого є специфічними для одного типу іонів, саме тому були описані рецептори для K +, Cl-, Na +, Ca ++ каналів тощо. Існують також канали, які дозволяють пройти два або більше типів іонів.

Більшість рецепторів, пов'язаних з ферментами, асоціюються з протеїнкіназами, особливо з ферментом тирозинкінази. Ці кінази активуються, коли ліганд зв'язується з рецептором на його позаклітинному місці зв'язування. Кінази фосфорилюють специфічні білки в клітині-мішені, модифікуючи функцію клітини.

Приклад мембранного рецептора, пов'язаного з ферментом тирозинкінази (Джерело: Laozhengzz через Wikimedia Commons)

Рецептори, пов'язані з білками, активують каскади біохімічних реакцій, які в результаті змінюють функцію різних білків у клітині-мішені.

Існує два типи G білків, які є гетеротримерними білками G та мономерними G білками. Обидва неактивно пов'язані з ВВП, але коли ліганд пов'язаний з рецептором, ВВП замінюється на GTP і активується білок G.

У гетеротримерних G білках α-субодиниця, пов'язана з GTP, відмежовується від комплексу ßγ, залишаючи G білок активованим. І α-субодиниця, зв'язана з GTP, і вільна ßγ можуть опосередковувати відповідь.

Схема рецептора, сполученого з білком G (Джерело: Bensaccount в англійській Вікіпедії через Вікімедію)

Мономерні білки G або малі білки G також називають білками Ras, оскільки вони були вперше описані вірусом, який виробляє саркоматозні пухлини щурів.

При активації вони стимулюють механізми, головним чином пов'язані з везикулярним рухом і цитоскелетними функціями (модифікація, реконструкція, транспорт тощо).

Приклади

Рецептор ацетилхоліну, пов'язаний з натрієвим каналом, який відкривається, коли він зв'язується з ацетилхоліном і викликає деполяризацію клітини-мішені, є хорошим прикладом мембранних рецепторів, пов'язаних з іонними каналами. Крім того, існує три типи рецепторів глутамату, які є іонотропними рецепторами.

Глутамат - один з найважливіших збудливих нейротрансмітерів у нервовій системі. Його три типи іонотропних рецепторів: рецептори NMDA (N-метил-D-аспартат), AMPA (α-аміно-3-гідрокси-5-метил-4-изоксазол-пропіонат) і каїнат (кислота кайнічний).

Їх назви походять від агоністів, які їх активують, і ці три типи каналів є прикладами неселективних збудливих каналів, оскільки вони дозволяють проходити натрій і калій, а в деяких випадках і невелику кількість кальцію.

Прикладами рецепторів, пов'язаних з ферментами, є рецептор інсуліну, сімейство рецепторів TrK або рецептори нейротрофінів та рецептори деяких факторів росту.

Найважливіші рецептори, пов'язані з білком G, включають рецептори мускаринового ацетилхоліну, рецептори β-адренергіків, рецептори нюхової системи, метаботропні рецептори глутамату, рецептори багатьох пептидних гормонів та рецептори родопсину сітківки.

Список літератури

1. Відділ біохімії та молекулярної біофізики Томас Джессел, Siegelbaum, S., & Hudspeth, AJ (2000). Принципи нейронної науки (т. 4, с. 1227-1246). ER Kandel, JH Schwartz, & TM Jessell (ред.). Нью-Йорк: McGraw-Hill.
2. Hulme, EC, Birdsall, NJM, & Buckley, NJ (1990). Підтипи мускаринових рецепторів. Щорічний огляд фармакології та токсикології, 30 (1), 633-673.
3. Cull-Candy, SG, та Leszkiewicz, DN (2004). Роль різних підтипів рецепторів NMDA у центральних синапсах. Наук СТКЕ, 2004 (255), re16-re16.
4. Вільям, ФРГ та Ганонг, доктор медицини (2005). Огляд медичної фізіології. Друкується у Сполучених Штатах Америки, сімнадцяте видання, Pp-781.
5. Ведмідь, MF, Connors, BW, & Paradiso, MA (Ред.). (2007). Нейрологія (т. 2). Lippincott Williams & Wilkins.