Трансмембранная передача сигналу - властивість мембран - здатність сприймати і передавати всередину клітини сигнали із зовнішнього середовища. рецептори:
E = extracellular - Позаклітинне місце - зовнішній сегмент мембрани колбочки, заповнений мембранними напівдиска, освіченими плазматичноїмембраною, і тими, хто відокремився від неї (звернена до світла, зовнішня частина стовпчика з напівдиска - постійно оновлюється, за рахунок фагоцитозу "засвічених" напівдиска клітинами пігментного епітелію, і постійного утворення нових напівдиска, в тілі фоторецептора);
P = plasma (обробка і передача сигналу) - внутрішня поверхня рецептора;
I = intracellular - Внутрішньоклітинний місце - клітинна мембрана (див. Рис.1,2).
Клітинний рецептор - молекула (зазвичай білок) 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 зорові рецептори реагують на світло, а в органах слуху і дотику рецептори чутливі до механічного тиску, що викликається коливаннями повітря і іншими впливами.
Клітинні рецептори можна розділити на два основні класи - мембранні рецептори і внутрішньоклітинні рецептори.
Мембранні рецептори [ред]
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).
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 пріводіт' 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.
Зовнішні частки мембран фоторецепторів колб і паличок [ред]
Мал. 5. Діаграма зовнішньої частини мембрани з фоторецепторами [3]
Мембрани колб і паличок і їх функція як біологічні мембрани виконують функцію сприйнятті пучків променів предметної точки зображення c наступним оппонентном відбором основних променів RGB у вигляді біосигналів (не в кольорі, на рецепторном рівні) для передачі їх в зорові відділи головного мозку.
На основній частині мембрани знаходяться місця її випинання (evaginations), що утворюють зовнішню частку (o.s), зовнішній сегмент (див. Рис. 1,2), яка є важливою складовою для забезпечення процесів візуалізації, і містить пігмент - як частина фоторецептора. Зовнішні частки паличок і колбочок є результатом outpouching (a, рис. 5 нижче) мембрани - плазми клітини фоторецептора в цьому пункті (див. Нижче) (Steinberg і ін. 1980).
Ці розширюються мембранні пластини (b-c, рис. 5 вище) в паличках виглядають як вільні, плаваючі диски поблизу зовнішньої мембрани. У колб зовнішні диски залишаються сполученими зі зовнішньою частиною мембрани. [3].
Внутрішньоклітинні рецептори [ред]
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 [ред]
Аденілатціклазную система [ред]
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 [ред]
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 [ред]
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 повним антагоністом 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 або частковим антагоністом рецептора, в залежності від переважання агоністичної або антагоністичної активності. 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).
Як правило, якщо якесь екзогенне речовина має рецептори всередині організму, то в організмі є і ендогенні ліганди для даного рецептора. Так, наприклад, ендогенними лігандами бензодіазепінового сайту ГАМК-рецептора. з яким зв'язується синтетичний транквілізатор діазепам. також є особливі білки - ендозепіни. Ендогенних лігандом канабіноїдних рецепторів. з якими зв'язуються алкалоїди конопель, є речовина анандамід. вироблене організмом з арахідонової жирної кислоти.