клітинний рецептор

Схема трансмембранного рецептора: E - позаклітинний простір; P - клітинна мембрана; I - внутрішньоклітинного простору

Клітинний рецептор - молекула (зазвичай білок або гликопротеид) на поверхні клітини. клітинних органел чи розчинена в цитоплазмі. Специфічно реагує зміною своєї просторової конфігурації на приєднання до неї молекули певного хімічної речовини, що передає зовнішній регуляторний сигнал і, в свою чергу, передає цей сигнал всередину клітини або клітинної органели, нерідко за допомогою так званих вторинних посередників або трансмембранних іонних струмів.

Речовина, специфічно з'єднуються з рецептором, називається лігандом цього рецептора. Усередині організму це зазвичай гормон або нейромедіатор або їх штучні замінники, що застосовуються в якості лікарських засобів і отрут (агоністи). Деякі ліганди, навпаки, блокують рецептори (антагоністи). Коли мова йде про органи почуттів, лигандами є речовини, що впливають на рецептори нюху або смаку. Крім того, молекули зорових рецепторів реагують на світло, а в органах слуху і дотику рецептори чутливі до механічних впливів (тиску або розтягування), що викликається коливаннями повітря і іншими подразниками. Існують також термочутливих білки-рецептори і білки-рецептори, що реагують на зміну мембранного потенціалу.

Клітинні рецептори можна розділити на два основні класи - мембранні рецептори і внутрішньоклітинні рецептори.

мембранні рецептори

Дуже часто у білків є гідрофобні ділянки, які взаємодіють з ліпідами, і гідрофільні ділянки, які перебувають на поверхні мембрани клітини. стикаючись з водним вмістом клітини. Більшість мембранних рецепторів - саме такі трансмембранні білки.

Багато з мембранних білків-рецепторів пов'язані з вуглеводними ланцюгами, тобто представляють собою глікопротеїди. На їх вільних поверхнях знаходяться олігосахаридні ланцюга (глікозільниє групи), схожі на антени. Такі ланцюжки, що складаються з декількох моносахаридних залишків, мають найрізноманітніші форми, що пояснюється різноманітністю зв'язків між моносахаридними залишками і існуванням α- і β-ізомерів.

Функція «антен» - це розпізнавання зовнішніх сигналів. Розпізнають ділянки двох сусідніх клітин можуть забезпечувати зчеплення клітин, зв'язуючись один з одним. Завдяки цьому клітини орієнтуються і створюють тканини в процесі диференціювання. Розпізнають ділянки присутні і в деяких молекулах, які знаходяться в розчині, завдяки чому вони вибірково поглинаються клітинами, що мають комплементарні розпізнають ділянки (так, наприклад, поглинаються ЛПНЩ за допомогою рецепторів ЛПНЩ).

Два основні класи мембранних рецепторів - це метаботропние рецептори і іонотропние рецептори.

Іонотропние рецептори є мембранні канали. відкриваються або закриваються при зв'язуванні з лігандом. Виникаючі при цьому іонні струми викликають зміни трансмембранної різниці потенціалів і, внаслідок цього, збудливості клітини, а також змінюють внутрішньоклітинні концентрації іонів, що може вдруге приводити до активації систем внутрішньоклітинних посередників. Одним з найбільш повно вивчених іонотропних рецепторів є н-холінорецептор.

Структура G-білка, що складається з трьох типів одиниць (гетеротрімерного) - αt / αi (блакитні), β (червона) і γ (зелена)

Метаботропние рецептори пов'язані з системами внутрішньоклітинних посередників. Зміни їх конформації при зв'язуванні з лігандом призводить до запуску каскаду біохімічних реакцій, і, в кінцевому рахунку, зміни функціонального стану клітини. Основні типи мембранних рецепторів:

Рецептори, пов'язані з гетеротрімернимі G-білками (наприклад, рецептор вазопресину).
Рецептори, що володіють внутрішньої тірозінкіназной активністю (наприклад, рецептор інсуліну або рецептор епідермального фактора росту).

Рецептори, пов'язані з G-білками, представляють собою трансмембранні білки, що мають 7 трансмембранних доменів, позаклітинний N-кінець і внутрішньоклітинний C-кінець. Сайт зв'язування з лігандом знаходиться на позаклітинних петлях, домен зв'язування з G-білком - поблизу C-кінця в цитоплазмі.

Активація рецептора призводить до того, що його α-субодиниця дисоціює від βγ-субодиничних комплексу і таким чином активується. Після цього вона або активує, або навпаки інактивує фермент. продукує вторинні посередники.

Рецептори з тірозінкіназной активністю фосфорилируют наступні внутрішньоклітинні білки, часто теж є протєїнкиназамі, і таким чином передають сигнал всередину клітини. За структурою це - трансмембранні білки з одним мембранним доменом. Як правило, гомодимера, субодиниці яких пов'язані дисульфідними містками.

внутрішньоклітинні рецептори

Внутрішньоклітинні рецептори - як правило, фактори транскрипції (наприклад, рецептори глюкокортикоїдів) або білки, які взаємодіють з факторами транскрипції. Більшість внутрішньоклітинних рецепторів зв'язуються з лігандами в цитоплазмі, переходять в активний стан, транспортуються разом з лігандом в ядро клітини, там зв'язуються з ДНК і або індукують, або пригнічують експресію деякого гена або групи генів.
Особливим механізмом дії має оксид азоту (NO). Проникаючи через мембрану, цей гормон зв'язується з розчинної (цитозольних) гуанілатциклази, яка одночасно є і рецептором оксиду азоту, і ферментом, який синтезує вторинний посередник - цГМФ.

Основні системи внутрішньоклітинної передачі гормонального сигналу

аденілатціклазную система

Центральною частиною аденілатціклазной системи є фермент аденилатциклаза. який каталізує перетворення АТФ в цАМФ. Цей фермент може або стимулюватися Gs -белком (від англійського stimulating), або придушуватися Gi -белком (від англійського inhibiting). цАМФ після цього зв'язується з цАМФ-залежної протеїнкінази, званої так само протеинкиназа А. PKA. Це призводить до її активації і подальшого фосфорилювання білків-ефекторів, що виконують якусь фізіологічну роль в клітці.

Фосфоліпазну-кальцієва система

Gq -белкі активують фермент фосфоліпазу С, яка розщеплює PIP2 (мембранний фосфоінозітол) на дві молекули: инозитол-3-фосфат (IP3) і діацілгліцерід. Кожна з цих молекул є вторинним посередником. IP3 далі зв'язується зі своїми рецепторами на мембрані ЕПР. що призводить до звільнення кальцію в цитоплазму і запуску багатьох клітинних реакцій.

Гуанілатціклазная система

Центральної молекулою даної системи є гуанілатциклазу, яка каталізує перетворення ГТФ в цГМФ. цГМФ модулює активність ряду ферментів і іонних каналів. Існує кілька ізоформ гуанілатциклази. Одна з них активується оксидом азоту NO, інша безпосередньо пов'язана з рецептором передсердного натріуретіческого фактора.

цГМФ контролює обмін води і іонний транспорт в нирках і кишечнику, а в серцевому м'язі служить сигналом релаксації.

Як правило, рецептори здатні зв'язуватися не тільки з основними ендогенними лігандами, а й з іншими структурно подібними молекулами. Цей факт дозволяє використовувати екзогенні речовини, що зв'язуються з рецепторами і змінюють їх стан, як ліки або отрут.

Так, наприклад, рецептори до ендорфінів - нейропептидів, що грає важливу роль в модуляції болю і емоційного стану, зв'язуються так само з наркотиками групи морфіну. Рецептор може мати, крім основної ділянки, або «сайту» зв'язування із специфічним для цього рецептора гормоном або медіатором, також додаткові аллостерічеськіє регуляторні ділянки, з якими зв'язуються інші хімічні речовини, модулирующие (змінюють) реакцію рецептора на основний гормональний сигнал - підсилюють або ослабляють її , або замінюють собою основний сигнал. Класичним прикладом такого рецептора з декількома ділянками зв'язування для різних речовин є рецептор гамма-аміномасляної кислоти підтипу А (ГАМК). Він має крім сайту зв'язування для самої ГАМК, також сайт зв'язування з бензодіазепінами ( «бензодіазепінових сайт»), сайт зв'язування з барбітуратами ( «барбітуратной сайт»), сайт зв'язування з нейростероідов типу аллопрегненолона ( «стероїдний сайт»).

Багато типів рецепторів можуть розпізнавати одним і тим же ділянкою зв'язування кілька різних хімічних речовин, і в залежності від конкретного приєдналася речовини перебувати більш ніж в двох просторових конфігураціях - не тільки «включено» (гормон на рецепторі) або «вимкнено» (на рецепторі немає гормону ), а ще й в кількох проміжних.

Речовина, з 100% вірогідністю викликає при зв'язуванні з рецептором перехід рецептора в конфігурацію «100% включено», називається повним агоністом рецептора. Речовина, з 100% вірогідністю викликає при зв'язуванні з рецептором перехід його в конфігурацію «100% виключено», називається зворотним агоністом рецептора. Речовина, що викликає перехід рецептора в одну з проміжних конфігурацій або викликає зміна стану рецептора не з 100% вірогідністю (тобто частина рецепторів при зв'язуванні з цією речовиною включиться або вимкнеться, а частина - ні), називається частковим агоністом рецептора. По відношенню до таких речовин використовується також термін агоніст-антагоніст. Речовина, що не міняє стану рецептора при зв'язуванні і лише пасивно перешкоджає зв'язуванню з рецептором гормону або медіатора, називається конкурентним антагоністом, або блокатором рецептора (антагонізм заснований не на виключенні рецептора, а на блокаді зв'язування з рецептором його природного ліганду).