Receptory na povrchu buněk
Receptory na povrchu buněk, známé také jako transmembránové receptory, jsou na povrchu buněk ukotvené (integrální) proteiny, které se vážou na vnější molekuly ligandů. Tento typ receptorů překlenuje plazmatickou membránu a provádí transdukci signálu, při níž se extracelulární signál přeměňuje na mezibuněčný signál. Ligandy, které interagují s receptory na povrchu buňky, nemusí vstoupit do buňky, kterou ovlivňují. Receptory na povrchu buněk se také nazývají buněčně specifické proteiny nebo markery, protože jsou specifické pro jednotlivé typy buněk.
Protože receptorové proteiny na povrchu buněk mají zásadní význam pro normální fungování buněk, nemělo by být překvapením, že porucha některého z těchto proteinů může mít závažné důsledky. Bylo prokázáno, že chyby ve struktuře bílkovin některých receptorových molekul hrají roli při hypertenzi (vysoký krevní tlak), astmatu, srdečních onemocněních a rakovině.
Každý receptor na buněčném povrchu má tři hlavní složky: vnější doménu vázající ligand, hydrofobní membránovou oblast a intracelulární doménu uvnitř buňky. Doména vázající ligand se také nazývá extracelulární doména. Velikost a rozsah každé z těchto domén se značně liší v závislosti na typu receptoru. Receptory na povrchu buněk se podílejí na většině signalizace u mnohobuněčných organismů. Existují tři obecné kategorie receptorů na povrchu buněk: receptory vázané na iontové kanály, receptory vázané na G-proteiny a receptory vázané na enzymy.
Receptory vázané na iontové kanály vážou ligand a otevírají kanál přes membránu, který umožňuje průchod specifických iontů. Pro vytvoření kanálu má tento typ receptorů na povrchu buněk rozsáhlou oblast rozpínající se po membráně. Aby mohly interagovat s ocásky fosfolipidových mastných kyselin, které tvoří střed plazmatické membrány, je mnoho aminokyselin v membráně se rozprostírající oblasti hydrofobní povahy. Naopak aminokyseliny, které lemují vnitřní stranu kanálu, jsou hydrofilní, aby umožnily průchod vody nebo iontů. Když se ligand naváže na extracelulární oblast kanálu, dojde ke konformační změně ve struktuře bílkovin, která umožní průchod iontů, jako je sodík, vápník, hořčík a vodík (obrázek 9.5)
Receptory vázané na G-protein vážou ligand a aktivují membránový protein nazývaný G-protein. Aktivovaný G-protein pak interaguje buď s iontovým kanálem, nebo s enzymem v membráně (obr. 9.6). Všechny receptory vázané na G-protein mají sedm transmembránových domén, ale každý receptor má svou vlastní specifickou extracelulární doménu a vazebné místo pro G-protein.
Buněčná signalizace pomocí receptorů vázaných na G-protein probíhá jako cyklická řada událostí. Než se naváže ligand, může se neaktivní G-protein navázat na nově odhalené místo na receptoru specifické pro jeho vazbu. Jakmile se G-protein naváže na receptor, výsledná změna tvaru aktivuje G-protein, který uvolní GDP a vyzvedne GTP. Podjednotky G-proteinu se poté rozdělí na α podjednotku a βγ podjednotku. Jeden nebo oba tyto fragmenty G-proteinu mohou v důsledku toho aktivovat další proteiny. Po určité době se GTP na aktivní podjednotce α G-proteinu hydrolyzuje na GDP a podjednotka βγ je deaktivována. Podjednotky se znovu spojí a vytvoří neaktivní G-protein a cyklus začíná nanovo.
Receptory vázané na G-proteiny byly podrobně studovány a bylo získáno mnoho poznatků o jejich úloze při udržování zdraví. Bakterie, které jsou pro člověka patogenní, mohou uvolňovat jedy, které přerušují specifickou funkci receptorů vázaných na G-protein, což vede k onemocněním, jako je pertuse, botulismus a cholera. Například u cholery (obrázek 9.7) produkuje bakterie Vibrio cholerae, která se přenáší vodou, toxin choleragen, který se váže na buňky vystýlající tenké střevo. Toxin pak proniká do těchto střevních buněk, kde modifikuje G-protein, který řídí otevírání chloridového kanálu, a způsobuje jeho neustálou aktivitu, což vede k velkým ztrátám tekutin z těla a v důsledku toho k potenciálně smrtelné dehydrataci.
Enzymatické receptory jsou receptory na povrchu buněk s intracelulárními doménami, které jsou spojeny s enzymem. V některých případech je intracelulární doména receptoru sama enzymem. Jiné receptory vázané na enzym mají malou intracelulární doménu, která interaguje přímo s enzymem. Receptory spojené s enzymem mají obvykle velké extracelulární a intracelulární domény, ale membránovou oblast tvoří jediná alfa-helikální oblast peptidového vlákna. Když se ligand naváže na extracelulární doménu, dojde k přenosu signálu přes membránu a aktivaci enzymu. Aktivace enzymu spustí v buňce řetězec událostí, které nakonec vedou k odpovědi. Jedním z příkladů tohoto typu receptoru vázaného na enzym je tyrozinkinázový receptor (obrázek 9.8). Kináza je enzym, který přenáší fosfátové skupiny z ATP na jiný protein. Tyrozinkinázový receptor přenáší fosfátové skupiny na molekuly tyrozinu (tyrozinové zbytky). Nejprve se signální molekuly navážou na extracelulární doménu dvou blízkých tyrozinkinázových receptorů. Dva sousední receptory se poté spojí neboli dimerizují. Fosfáty se pak přidávají k tyrozinovým zbytkům na intracelulární doméně receptorů (fosforylace). Fosforylované zbytky pak mohou přenášet signál dalšímu poslíčkovi v cytoplazmě.
.