3.4A: Типи рецепторів

Last updated
Save as PDF

Page ID: 69591

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Рецептори, або внутрішньоклітинні, або клітинно-поверхневі, зв'язуються зі специфічними лігандами, які активізують численні клітинні процеси.

Цілі навчання

Порівняйте внутрішні рецептори з рецепторами поверхні клітин

Ключові моменти

Внутрішньоклітинні рецептори розташовані в цитоплазмі клітини і активуються гідрофобними молекулами ліганду, які можуть проходити через плазматичну мембрану.
Клітинно-поверхневі рецептори зв'язуються з зовнішньою молекулою ліганду і перетворюють позаклітинний сигнал у внутрішньоклітинний сигнал.
Три загальні категорії рецепторів поверхні клітин включають: іонний канал, G-білок та рецептори білка, пов'язані з ферментами.
Рецептори, пов'язані з іонним каналом, пов'язують ліганд і відкривають канал через мембрану, що дозволяє проходити специфічні іони.
G-білкові рецептори зв'язують ліганд і активують мембранний білок, який називається G-білком, який потім взаємодіє або з іонним каналом, або з ферментом в мембрані.
Ферментно-зв'язані рецептори - це рецептори поверхні клітин з внутрішньоклітинними доменами, які пов'язані з ферментом.

Ключові умови

інтегральний білок: молекула білка (або збірка білків), яка постійно прикріплена до біологічної мембрани
транскрипція: синтез РНК під керівництвом ДНК

ПРИКЛАДИ

Бактерії, які є патогенними для людини, можуть виділяти отрути, які переривають специфічну функцію рецепторів G-білків, що призводить до хвороби. При холері бактерія, що переноситься водою Vibrio cholerae, виробляє токсин, холераген, який зв'язується з клітинами, що вистилають тонкий кишечник. Потім токсин потрапляє в ці клітини кишечника, де модифікує G-білок, який контролює відкриття хлоридного каналу і змушує його залишатися постійно активним, що призводить до великих втрат рідини з організму, що може призвести до потенційно смертельного зневоднення.

Рецептори - це білкові молекули в клітині-мішені або на її поверхні, які зв'язують ліганди. Існує два типи рецепторів: внутрішні рецептори і клітинно-поверхневі рецептори.

внутрішні рецептори

Внутрішні рецептори, також відомі як внутрішньоклітинні або цитоплазматичні рецептори, знаходяться в цитоплазмі клітини і реагують на гідрофобні молекули ліганду, які здатні подорожувати через плазматичну мембрану. Потрапивши всередину клітини, багато з цих молекул зв'язуються з білками, які діють як регулятори синтезу мРНК, опосередковуючи експресію генів. Експресія генів - це клітинний процес перетворення інформації в ДНК клітини в послідовність амінокислот, які в кінцевому підсумку утворюють білок. Коли ліганд зв'язується з внутрішнім рецептором, конформаційна зміна оголює місце зв'язування ДНК на білку. Комплекс ліганд-рецепторів переміщається в ядро, зв'язується зі специфічними регуляторними областями хромосомної ДНК і сприяє ініціації транскрипції. Внутрішні рецептори можуть безпосередньо впливати на експресію генів без необхідності передавати сигнал іншим рецепторам або месенджерам.

зображення

Внутрішньоклітинні рецептори: гідрофобні сигнальні молекули, як правило, дифузують по плазматичній мембрані і взаємодіють з внутрішньоклітинними рецепторами в цитоплазмі. Багато внутрішньоклітинні рецептори є факторами транскрипції, які взаємодіють з ДНК в ядрі і регулюють експресію генів.

Клітинні поверхневі рецептори

Поверхневі рецептори клітин, також відомі як трансмембранні рецептори, - це поверхня клітин, закріплені мембраною або інтегральні білки, які зв'язуються з зовнішніми молекулами ліганду. Цей тип рецепторів охоплює плазмову мембрану і здійснює передачу сигналу, перетворюючи позаклітинний сигнал у внутрішньоклітинний сигнал. Ліганди, які взаємодіють з рецепторами поверхні клітин, не повинні потрапляти в клітину, на яку вони впливають. Поверхневі рецептори клітин також називають клітинно-специфічними білками або маркерами, оскільки вони специфічні для окремих типів клітин.

Кожен рецептор поверхні клітини має три основні компоненти: зовнішній ліганд-зв'язуючий домен (позаклітинний домен), гідрофобну мембранно-охоплюючу область та внутрішньоклітинний домен всередині клітини. Розмір і протяжність кожного з цих доменів варіюються в широких межах, залежно від типу рецептора.

Клітинно-поверхневі рецептори беруть участь у більшій частині сигналізації в багатоклітинних організмах. Існує три загальні категорії рецепторів поверхні клітин: рецептори, пов'язані з іонними каналами, рецептори, пов'язані з G-білками, і рецептори, пов'язані з ферментами.

Рецептори, пов'язані з іонним каналом

Рецептори, пов'язані з іонним каналом, пов'язують ліганд і відкривають канал через мембрану, що дозволяє проходити специфічні іони. Для формування каналу цей тип рецептора поверхні клітин має велику область, що охоплює мембрану. Для того, щоб взаємодіяти з хвостами фосфоліпідних жирних кислот, які утворюють центр плазматичної мембрани, багато амінокислот в області мембрани мають гідрофобну природу. І навпаки, амінокислоти, які вистилають внутрішню частину каналу, є гідрофільними, щоб забезпечити проходження води або іонів. Коли ліганд зв'язується з позаклітинною областю каналу, відбувається конформаційна зміна структури білка, що дозволяє проходити через них іони, такі як натрій, кальцій, магній та водень.

зображення

Закриті іонні канали: Закриті іонні канали утворюють пору через плазмову мембрану, яка відкривається, коли сигнальна молекула зв'язується. Відкрита пора дозволяє іонам надходити всередину або з клітини.

G-білок зв'язані рецептори

G-білкові рецептори зв'язують ліганд і активують мембранний білок, який називається G-білком. Активований G-білок потім взаємодіє або з іонним каналом, або з ферментом в мембрані. Всі рецептори, пов'язані з G-білками, мають сім трансмембранних доменів, але кожен рецептор має свій специфічний позаклітинний домен і сайт, що зв'язує G-білок.

Клітинна сигналізація за допомогою G-білкових рецепторів відбувається у вигляді циклічного ряду подій. Перш ніж ліганд зв'язується, неактивний G-білок може зв'язуватися з нововиявленим ділянкою на рецепторі, специфічному для його зв'язування. Як тільки G-білок зв'язується з рецептором, результуюча зміна форми активує G-білок, який вивільняє ВВП і підхоплює GTP. Субодиниці G-білка потім розщеплюються на α субодиницю і β субодиницю. Один або обидва ці фрагменти G-білка можуть в результаті активувати інші білки. Пізніше ГТП на активній α субодиниці G-білка гідролізується до ВВП і β субодиниця деактивується. Субодиниці переасоціюються з утворенням неактивного G-білка, і цикл починається спочатку.

зображення

G-білки: гетеротримерні білки G мають три субодиниці: α, β та γ. Коли сигнальна молекула зв'язується з G-білково-зв'язаним рецептором в плазматичній мембрані, молекула ВВП, пов'язана з α субодиницею, обмінюється на GTP. Субодиниці β і γ дисоціюються від α субодиниці, а клітинний відгук спрацьовує або субодиниця α, або дисоційована β пара. Гідроліз ГТП до ВВП припиняє сигнал.

Ферментно-зв'язані рецептори

Ферментно-зв'язані рецептори - це рецептори поверхні клітин з внутрішньоклітинними доменами, які пов'язані з ферментом. У деяких випадках внутрішньоклітинний домен самого рецептора є ферментом або зв'язаний з ферментом рецептор має внутрішньоклітинний домен, який взаємодіє безпосередньо з ферментом. Ферментно-зв'язані рецептори зазвичай мають великі позаклітинні та внутрішньоклітинні домени, але мембранно-охоплююча область складається з однієї альфа-спіральної області пептидного пасма. Коли ліганд зв'язується з позаклітинним доменом, сигнал передається через мембрану і активує фермент, який запускає ланцюжок подій всередині клітини, що в кінцевому підсумку призводить до відповіді. Прикладом цього типу рецептора, зв'язаного з ферментами, є рецептор тирозинкінази. Рецептор тирозинкінази переносить фосфатні групи в молекули тирозину. Сигнальні молекули зв'язуються з позаклітинним доменом двох прилеглих рецепторів тирозинкінази, які потім димеризуються. Потім фосфати додають до залишків тирозину на внутрішньоклітинному домені рецепторів і потім можуть передавати сигнал наступному месенджеру всередині цитоплазми.