Мембранные рецепторы.

Рецепторы.

Рецепторы в клетке-мишени – белки (в ряде случаев глико – или липопротеины), в каждой клетке-мишени они насчитываются тысячами и десятками тысяч. Количество рецепторов в клетках-мишенях не остается постоянным: рецепторы инактивируются или разрушаются в процессе их функционирования, реактивируются и постоянно синтезируются в клетках-мишенях. Лиганд, взаимодействуя с его рецептором, образует лиганд-рецепторный комплекс,что самым серьезным образом изменяет функциональные возможности рецептора и является толчком для проявления физиологического эффекта. Рецепторы (в зависимости от их расположения в клетке-мишени) подразделяют на мембранные (встроенные в плазматическую мембрану) и внутриклеточные – цитозольные и ядерные – (обычно их называют ядерными). Некоторые рецепторы встроены в мембраны внутриклеточных органоидов (например, в мембранах эндоплазматической сети находятся рецепторы рианолина и ИТФ).

Мембранные рецепторы.

Мембранные рецепторы регистрируют наличие лиганда (пептидного гормона, производных аминокислот, нейромедиаторов, цитокинов) и передают сигнал внутриклеточным химическим соединениям, опосредующим конечный эффект, - вторым посредникам (G-белки, циклические нуклеотиды, ионы Са²⁺, ИТФ и др.). Мембранные рецепторы подразделяют на каталитические, связанные с ионными каналами, являющиеся ионными каналами, оперирующие через G-белок и освобождающие факторы транскрипции.

∙Каталитические рецепторы – трансмембранные белки, наружная часть которых содержит связывающий лиганд участок, цитоплазматическая часть либо сама функционирует как активный центр фермента, либо тесно связана с молекулой фермента. Известно 5 типов каталитических рецепторов.

- Рецепторные гуанилатциклазыкатализируют образование цГМФ из ГТФ. К этим мембранным рецепторным белкам-ферментам относятся 2 рецептора предсердного натрийуретического фактора.

- рецепторные серин/треониновые киназы фосфорилируют остатки серина и/или треонина как самого рецептора (автофосфорилирование), так и внутриклеточных белков. К этим рецепторам относятся рецепторы контролирующих рост и дифференцировку клеток цитокинов – трансформирующих факторов роста β, ингибинов, почти десятка так называемых морфогенетических белков кости.

- Рецепторные тирозинкиназыфосфорилируют остатки тирозина как самого белка-рецептора (автофосфорилирование), так и разных внутриклеточных белков. К этой группе рецепторов относятся рецептор инсулина и рецепторы многих факторов роста (фибробластов, нервов, инсулиноподобного I).

- Рецепторы, связанные с тирозинкиназами, взаимодействуют с цитоплазматическими тирозинкиназами, многие из которых являются протоонкогенами. К этой многочисленной группе рецепторов относятся рецепторы интерферонов (α, β, γ), интерлейкинов (ИЛ2, ИЛ3, ИЛ4, ИЛ5, ИЛ6), колониестимулирующего фактора гранулоцитов и макрофагов (GM-CSF), эритропоэтина.

- Рецепторные тирозинфосфатазыосвобождают (дефосфорилируют) фосфатные группировки из фосфорилированных тирозилов внутриклеточных белков. К таким рецепторам относится общий Аг лимфоцитов CD45 (от английского cluster of differentiation – кластер дифференцировки, дифференцировочный Аг), обнаруженный в большинстве гемопоэтических клеток. Различные сигналы посредством CD45 запускают дифференцировку таких клеток (в частности лимфоцитов).

- Рецепторы, связанные с ионными каналами,влияют на проницаемость ионных каналов через вторые посредники. К ним относятся адренорецепторы, мускариновые холинорецепторы, рецепторы серотонина, дофамина. Рецепторы этого типа – метаботропные рецепторы, они активируются в клетке-мишени в результате различных метаболических процессов, происходящих после образования комплекса «лиганд – рецептор».

- Управляемые лигандами ионные каналы – интегральные мембранные белки – сочетают свойства рецептора и ионного канала и встроены в постсинаптическую мембрану нервных клеток, а также в постсинаптическую мембрану нервно-мышечного синапса между разветвлениями аксонов мотонейронов и скелетными МВ. Другими словами, некоторые рецепторы нейромедиаторов (например, никотиновые холинорецепторы, рецепторы глицина, серотонина, ГАМК и глютаминовой кислоты) сами по себе являются ионными каналами – ионотропные рецепторы(связывание лиганда с рецептором регулирует трансмембранную проницаемость за счет ионного канала в составе рецептора). К этой же группе относятся рецепторы ИТФ и рианодиновые рецепторы, встроенные в мембраны эндоплазматической сети и фактически являющиеся Са²⁺ - каналами.

- Рецепторы, связанные с G-белком – полипептидные цепочки, расположенные в плазматической мембране клетки-мишени таким образом, что полипептид пронизывает мембрану 7 раз, образуя при этом по 3 находящихся кнаружи и кнутри от мембраны петли. Внеклеточный (N-конец) полипептида содержит связывающий лиганд участок, внутриклеточный (С-конец) расположен в цитозоле, а одна из обращенных внутрь клетки петель связывает G-белок.

- Лиганды связанных с G-белком мембранных рецепторов:ангиотензин II, АТФ,ацетилхолин (мускариновые рецепторы),нейромедин В, гастрин-РГ, брадикинин, вазопрессин, глюкагон, вещество Р, гистамин, глутамат, люлиберин, нейропептид Y, норадреналин, ПТГ, серотонин, ТТГ, фактор активации тромбоцитов, холецистокинин, эндотелин, метионин-энкефалин и др.

G-белок– триммер, т. е. состоит из трех субъединиц (СЕ) – α, β и γ. В покое (рецептор не связан с лигандом) СЕ G-белка объединены и не контактируют с цитоплазматической петлей рецептора, при этом α-СЕ связана с гуанозиндифосфатом. При активации G-белка вследствие взаимодействия G-белка комплексом «лиганд-рецептор» гуаназиндифосфат отделяется от α-СЕ, а место ГДФ занимает ГТФ. В результате G-белок активируется и диссоциирует. При этом α-СЕ с ГТФ перемещается и связывается с эффектором (активируемые соперемещаются и связываются с эффектором (активируемые соединения и структуры). Затем α-СЕ катализирует переход ГТФ в ГДФ, инактивируется и вновь объединяется с другими СЕ G-белка.

- Функциональные формыα–СЕ G-белка(Gα). В функциональном отношении различают: Gα₈ – активатор аденилатциклазы; Gα₁ – ингибитор аденилатциклазы; Gα_р – активатор фосфолипазы С; Gα₁ – активатор цГМФ – фосфодиэстеразы (тьрансдуцин) и другие варианты.

- Эффекторы –активируемые соединения и структуры. Независимо, антагонистически или синергестически Gα и комплекс Gβγ активируют фосфолипазы А₂ и Сβ_1-3, активируют или ингибируют аденилатциклазу, активируют фосфодиэстеразу цГМФ, Открывают Са²⁺ - и К⁺ - каналы, закладывают Na⁺ - каналы, увеличивают или уменьшают внутриклеточное содержание цАМФ и цГМФ, увеличивают концентрацию внутриклеточного Са²⁺, ИТФ и диацилглицерола, ускоряют освобождение арахидоновой кислоты. Некоторые G-белки регулируют работу ионных каналов не только опосредованно (посредством цАМФ - активируемых протеинокиназ), но и прямо взаимодействуют с ионными каналами (так, при активации β - адренорецепторов Gα_s связывается с Са²⁺-каналами типа L в миокарде и в скелетных мышцах).

- Освобождающие факторы транскрипции рецепторы – трансмембранные балки, встроенные в плазмолемму и в мембраны эндоплазматического ретикулума. После активации этого типа рецепторов протеолитические ферменты отщепляют от рецепторов обращенный в цитозоль фрагмент, поступающий в ядро клетки и специфический связывающийся с промоторными последовательностями ДНК, что запускает транскрипцию соответствующего гена. Эти рецепторы и освобождаемые ими факторы транскрипции регулируют процессы дифференцировки (спецификации) клеток, внутриклеточное содержание холестерола, а также метаболизм амилоида.

К настоящему времени описаны сотни трансмембранных белков-рецепторов для химических посредников. Эти белки не являются статическими компонентами, их число и чувствительность к лигандам увеличивается или уменьшается в зависимости от продолжительности ответа, а свойства рецепторов изменяются вместе с изменениями физических условий (нисходящая и восходящая регуляция, десентезация).

- Позитивная регуляция. Недостаток химического посредника приводит к увеличению количества активных рецепторов.

- Негативная регуляциянаблюдается при избыточном количестве гормона или нейромедиатора, при этом число действующих рецепторов или их чувствительность к лигандам уменьшается.

- Десенситизация рецепторов –вариант негативной регуляции – процесс, приводящий к значительному уменьшению чувствительности рецепторов к их лигандам. Классический пример такой десенсизации – β-адренергические рецепторы.

- Десенситизация рецепторов – вариант негативной регуляции – процесс, приводящий к значительному уменьшению чувствительности рецепторов к их лигандам. Классический пример такой десеситизации – β-адренергические рецепторы.

Ядерные рецепторы.

Ядерные рецепторы – белки-рецепторы стероидных гормонов (минерало - и глюкокортикоиды, эстрогены, прогестины, тестостерон), ретиноидов, тиреоидных гормонов, желчных кислот, витамина D₃. Каждый рецептор имеет область связывания лиганда и участок, взаимодействующий со специфическими последовательностями ДНК. Другими словами, ядерные рецепторы – активируемые лигандом факторы транскрипции. В геноме человека имеется более 30 ядерных рецепторов, лиганды которых находятся на стадии идентификации (сиротские рецепторы).

Вторые посредники.

Внутриклеточные сигнальные молекулы (вторые посредники) передают сигнал от мембранных рецепторов на эффекторы (исполнительные молекулы), опосредующие ответ клетки на сигнал. Ко вторым (внутриклеточным) посредникам относятся циклические нуклеотиды (цАМФ и цГМФ), ИТФ, диацилглицерол, Са⁺, а также продукты окисления арахидоновой кислоты.

- Циклические нуклеотиды(цАМФ, цГМФ). Цепь реакций, ключевым звеном в которой служит цАМФ, выглядит так: гормон → рецептор → активатор (G_s) аденилатциклазы → активность аденилатциклазы → (цАМФ)↑ → активация цАМФ – зависимой протеинкиназы А → фосфолирирование различных белков (преимущественно ферментов) → каскад ферментативных реакций → физиологический ответ клетки. Фундаментальное свойство этой и других систем вторых посредников заключается в том, что сигнал многократно усиливается (феномен мультипликации). Например, достаточно нескольких молекул аденилатциклазы, чтобы активировать многие молекулы других ферментов и пустить в ход нарастающий каскад ферментативных реакций. Таким образом, даже небольшое количество молекул лиганда может вызвать мощный физиологический ответ клетки-мишени.

- Изонитолтрифосфат и диацилглицерол.G-белок активирует фосфолипазу С,что приводит к отщеплению от фосфоинозитолбифосфата фосфолипидов клеточной мембраны двух вторых посредников – цитозольного ИТФ и мембранного диацилглицерола.

- Ионы Са²⁺ - распространенный второй посредник, регулирующий множество процессов. Функционирование ионов Са²⁺ в качестве вторых посредников возможно лишь при поддержании нормальной (Са²⁺) в цитозоле в крайне низких пределах (< 100 нмоль/л), что поддерживается Са²⁺- АТФазами плазмолеммы и внутриклеточных депо кальция (например, эндоплазматический ретикулум). Рецепторы ионов Са²⁺ - Са²⁺ связывающие белки (например, тропонин С, кальмодулин и др.).