На каких клетках содержится рецепторы к

Строение и функции рецепторов клетки

• Рецепторы содержат домен, связывающий лиганд и эффекторный домен

• Модульный принцип организации рецептора позволяет использовать для самых разнообразных сигналов ограниченное число регуляторных механизмов

• Клетка может экспрессировать различные рецепторы для одного и того же лиганда

• В зависимости от эффекторного домена рецептора, один и тот же лиганд может по-разному действовать на клетку

Рецепторы обеспечивают реакцию клетки на огромное количество внеклеточных информационных молекул; поэтому клетка должна экспрессировать много разнообразных рецепторов, каждый из которых способен связываться со своим лигандом.

Вместе с тем, каждый рецептор должен быть способен инициировать ответную реакцию клетки. Таким образом, рецепторы содержат два функциональных домена: домен, связывающий лиганд, и эффекторный домен. Иногда они соответствуют определенным структурным доменам в молекулах белков.

Разделение связывающей и эффекторной функций позволяет рецепторам различных лигандов, посредством нескольких эффекторных доменов, генерировать ограниченное число эволюционно-консервативных внутриклеточных сигналов.

Фактически существует лишь ограниченное число семейств рецепторов, близких друг к другу по своему строению и сигнальным функциям.

Доменная природа рецепторов обеспечивает их другие полезные характеристики. Например, клетка может регулировать свою способность реагировать на внешний сигнал, изменяя интенсивность синтеза, деградацию рецептора, или его активность.

Наряду с этим, природа клеточного ответа обычно определяется рецептором и его эффекторным доменом, а не физико-химическими свойствами лиганда. Рисунок ниже иллюстрирует положение, согласно которому лиганд может связываться более чем с одним типом рецепторов и обеспечивать несколько типов ответа клетки и несколько разных лигандов могут действовать одинаковым образом, связываясь с функционально-близкими рецепторами.

Например, нейромедиатор ацетилхолин связывается с двумя классами рецепторов. К одному классу относятся ионные каналы, представители другого регулируют G-белки. Аналогичным образом стероидные гормоны связываются с ядерными рецепторами, которые ассоциируют с хроматином и регулируют транскрипцию, и с другими рецепторами на плазматической мембране.

Наоборот, когда множество лигандов связывается с рецепторами одного биохимического класса, они генерируют аналогичный клеточный ответ.

Например, достаточно часто клетка экспрессирует несколько разных рецепторов, стимулирующих образование внутриклеточных сигнальных молекул цАМФ.

Рецепторы состоят из двух функциональных доменов, домена, связывающего лиганд (LBD), и эффекторного домена (ED).

Такая структура предполагает, что два рецептора, реагирующие с разными лигандами (в середине),

могут инициировать одинаковый ответ за счет активации сходных эффекторных доменов.

Возможно также, что клетка экспрессирует две изоформы рецептора (слева),

которые узнают один и тот же лиганд и обеспечивают развитие различных ответных реакций за счет различных эффекторных доменов.

Не исключено, что может образоваться искусственный химерный рецептор, обладающий новыми свойствами.

Влияние рецептора на клетку также будет в существенной степени зависеть от ее биологии и состояния в каждый данный момент времени.

В зависимости от специфики внешнего сигнала, домен связывания лиганда и эффекторный домен могут разобщаться. Например, родопсины млекопитающих и беспозвоночных передают сигналы через различные эффекторные G-белки (G1 и Gq соответственно).

Другим примером служит калмодулин, небольшой регуляторный белок млекопитающих, связывающий кальций. У растений он представлен отдельным доменом в составе больших белков.

Двухдоменная природа рецепторов позволяет клетке независимо регулировать связывание лиганда и ответ на него. Сродство лиганда к рецептору и/или способность связанного лиганда генерировать сигнал может измениться за счет его ковалентной модификации или при аллостерической регуляции.

Рецепторы можно классифицировать в зависимости или от природы связываемого ими лиганда, или характера генерируемого сигнала. Сигнал на выходе, который определяется эффекторным доменом, обычно лучше всего коррелирует с общим характером и последовательностью событий его передачи.

Однако особенно ценной для понимания организации эндокринной и нервной системы и для классификации многочисленных физиологических реакций, связанных с применением лекарств, оказывается фармакологическая классификация рецепторов в соответствии с их специфичностью к лигандам.

Экспрессии рецептора, который обычно в клетке отсутствует, часто оказывается достаточно для того, чтобы она приобрела чувствительность к соответствующему лиганду. Такая чувствительность развивается часто, и клетка экспрессирует другие компоненты, необходимые для дальнейшей передачи сигнала от рецептора.

Природа ответной реации клетки определяется ее биологией. В эксперименте реакцию клетки на то или иное соединение можно индуцировать с помощью кДНК, кодирующей рецептор. Например, рецепторы клеток млекопитающих могут экспрессироваться в дрожжах, и последние приобретают чувствительность к соответствующим лигандам.

Таким образом, пользуясь этой моделью, можно обнаруживать новые химические соединения (лекарственные средства), активирующие рецепторы.

Наконец, можно создавать химерные рецепторы путем слияния домена, связывающего лиганд от одного рецептора, с эффекторным доменом другого. Подобные химерные рецепторы при присоединении лиганда могут обеспечивать принципиально новый характер ответа.

За счет генетической модификации домена, связывающего лиганд, можно создать рецепторы, чувствительные к новым лигандам. Таким образом, исследователи могут управлять функциями клетки и ее чувствительностью к совершенно чужеродным химическим соединениям.

Рецепторы группируются в относительно небольшую группу семейств,

которые характеризуются общими механизмами действия и общностью структуры.

– Также рекомендуем “Рецепторы как катализаторы и амплификаторы”

Оглавление темы “Внутриклеточные системы передачи сигнала”:

1. Строение и функции рецепторов клетки
2. Рецепторы как катализаторы и амплификаторы
3. Механизм изменения конформации рецептора лигандом
4. Механизм дивергенции и конвергенции внутриклеточных сигналов
5. Внутриклеточные сигналы как биохимические логические цепи
6. Пути передачи сигнала каркасных структур клетки
7. Модульные домены в передаче сигнала клетки
8. Механизмы адаптации путей передачи сигнала клетки
9. Формы сигнальных белков клетки
10. Механизмы контроля реакций активации и инактивации сигнальными белками

Рецепторная функция — это важнейшая способность клетки адекватно реагировать на сигналы внешней и внутренней среды, позволяющая приспосабливаться к меняющимся условиям существования.

Сигналы — это различные вещества или виды энергии, передающие в клетку определенную информацию. Сигналы могут быть:

— химическими — гормоны, медиаторы, факторы роста, цитокины и др.; пахучие вещества или отличающиеся вкусом;

— физическими — свет, звук, температура, давление, электрические потенциалы;

— физико-химическими — осмотическое давление, напряжение О2 или СО2;

— сложными.

Клеточные рецепторы — это генетически детерминированные макромолекулы, локализованные в различных областях клетки и специализированные на восприятии биологически значимых специфических сигналов химической и физической природы. По своей структуре рецептор состоит из 3 доменов:

1) внемембранного — обеспечивает связывание с сигнальным веществом — лигандом;

2) трансмембранного — переносит сигнал, способен к трансформации;

3) цитоплазматического — обеспечивает внутриклеточные процессы — реакцию на сигнал.

Клеточные рецепторы делят на 2 группы:

— рецепторы плазматической мембраны;

— внутриклеточные рецепторы – цитоплазматические и ядерные.

Рецепторы плазматической мембранырасположены на поверхности плазмолеммы и способны высокоспецифически связываться с лигандами. По химической природе это преимущественно гликопротеины.

Рецепторы выполняют функции:

1) регулируют проницаемость плазмолеммы, изменяя конформацию белков и ионных каналов;

2) регулируют поступление некоторых молекул в клетку;

3) действуют как датчики, превращая внеклеточные сигналы во внутриклеточные;

4) связывают молекулы внеклеточного матрикса с цитоскелетом; эти рецепторы называются интегринами, они обеспечивают формирование контактов между клетками и клеткой и межклеточным веществом.

Рецепторы плазматической мембраны можно разделить на 5 семейств:

— рецепторы, связанные с каналами, взаимодействуют с лигандом — нейромедиатором, который временно открывает или закрывает воротный механизм, в результате чего начинается или блокируется транспорт ионов через канал. Каналообразующие рецепторы состоят из ассоциированных белковых субъединиц, специфически пропускающих ионы. С этими рецепторами взаимодействуют глютаминовая кислота, γ-аминомасляная кислота, глицин, циклические мононуклеотиды (цАМФ, цГМФ);

— каталитические рецепторы включают внеклеточную часть (собственно рецептор, который воспринимает сигнал) и цитоплазматическую часть, которая работает как протеинкиназа. Информация сигнальной молекулы приводит к началу каскада биохимических изменений в клетке, что приводит к определенному физиологическому ответу. На такие рецепторы воздействует инсулин, эпидермальный и тромбоцитарный фактор роста, фактор роста нервов.

— рецепторы, связанные с G-белками — это трансмембранные белки, связанные с ионным каналом или ферментом. Это целый комплекс молекул, который включает:

1) сам рецептор, взаимодействующий с сигнальной молекулой (первый посредник) — это интегральный белок, который 7 раз прошивает плазмолемму, внутриклеточные петли этих рецепторов содержат центры связывания G-белка (например, β-адренорецептор);

2) G-белок (гуанозин трифосфат-связывающего регуляторный белок, состоящий из нескольких компонентов), который передает сигнал на связанный с мембраной фермент (аденилатциклазу) или ионный канал, после чего активируется;

3) второй внутриклеточный посредник — чаще циклический АМФ или ГМФ (цАМФ, гАМФ) или Са2+.

Через такие рецепторы реализуются эффекты 80 % нейромедиаторов, пептидных гормонов;

— иммуноглобулиновые рецепторы — это рецепторы-иммуноглобулины на поверхности макрофагов и иммунокомпетентных клеток, обеспечивающие распознавание всего чужеродного и иммунный ответ организма.

— интегрины — клеточные адгезионные молекулы — трансмембранные белки, которые служат рецепторами для внеклеточных фибриллярных макромолекул — фибронектина и ламинина. Фибронектин связывается с клетками и молекулами внеклеточного матрикса (коллагеном, гепарином, фибрином). Фибронектин как адгезионный мостик между клеткой и межклеточным веществом. Внутриклеточная часть интегрина соединяется через другие белки (винкулин, талин, α-актинин) с цитоскелетом.

Таким образом, рецепторы плазмолеммы воспринимают различные сигналы, которые при необходимости изменяют метаболизм в клетке, инициируют и регулируют сокращения, секрецию клетки, модулируют электрический потенциал на поверхности мембраны.

Внутриклеточные рецепторы. Внутриклеточные рецепторы являются белками, регулирующими генную активность клетки. Они располагаются:

— в цитоплазме и в мембране органелл. Цитоплазматические рецепторы обнаружены для стероидных гормонов, например, для глюко- и минералокортикоидов, андрогенов и прогестерона. Митохондрии имеют рецепторы к тиреоидным гормонам;

— в ядре — ядерные рецепторы для тиреоидных гормонов, рецепторов для эстрогенов, витамина Д, ретиноевой кислоты.

Рецепторы для стероидных гормонов имеют 3 домена (части):

1) гормон-связывающий — для взаимодействия с лигандом;

2) ДНК-связывающий;

3) домен, активирующий транскрипцию.

Сигнальные молекулы для таких рецепторов гидрофобные и свободно диффундируют через плазмолемму, затем связываются с внутриклеточными белками-рецепторами. После этого изменяется конформация белка, происходит его активация, повышается сродство к ДНК. Такие гормон-рецепторные комплексы связываются со специфическими генами в ядре, и, регулируя их экспрессию, обеспечивают биосинтез ряда ферментов, изменяющих функциональное состояние клетки.

ТЕМА 5

МЕЖКЛЕТОЧНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ, ТИПЫ И СТРУКТУРНО-

ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ

Межклеточные соединения — это специальные структуры, которые вместе с плазмолеммой обеспечивают взаимодействие между клетками. Межклеточные контакты обеспечиваются гликокаликсом и связанными с ним белками. Межклеточные соединения можно подразделить на 2 основных вида:

1. Механические соединения — обеспечивают механическую связь клеток друг с другом. К ним относят простые и сложные соединения: плотные соединения (плотный контакт), десмосомы, интердигитации.

2. Коммуникационные соединения — обеспечивают химическую связь между клетками. К ним относят щелевые соединения.

Механические соединения

I. Простое межклеточное соединение — сближение плазмолемм соседних клеток на расстояние 15–20 нм. При этом гликопротеиды соседних клеток специфичны и «узнают» друг друга, то есть являются рецепторами (кадгерины, интегрины). Обязательным условием соединения является наличие ионов Са2+. Например, Е-кадгерины обеспечивают соединение эпителиальных клеток по всей контактирующей поверхности (рисунок 3).

Рисунок 3 — Простое межклеточное соединение (схема):

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: