Solupinnan reseptorit

Solupinnan reseptorit, jotka tunnetaan myös nimellä transmembraanireseptorit, ovat solun pinnalla olevia, kalvoon ankkuroituneita (integraalisia) proteiineja, jotka sitoutuvat ulkoisiin ligandimolekyyleihin. Tämäntyyppiset reseptorit ulottuvat plasmakalvon yli ja suorittavat signaalin transduktiota, jossa solunulkoinen signaali muunnetaan solujen väliseksi signaaliksi. Solupintareseptorien kanssa vuorovaikutuksessa olevien ligandien ei tarvitse päästä soluun, johon ne vaikuttavat. Solupintareseptoreita kutsutaan myös soluspesifisiksi proteiineiksi tai markkereiksi, koska ne ovat spesifisiä yksittäisille solutyypeille.

Koska solupintareseptoriproteiinit ovat perustavanlaatuisia solun normaalin toiminnan kannalta, ei liene yllättävää, että minkä tahansa näistä proteiineista toimintahäiriöllä voi olla vakavia seurauksia. Tiettyjen reseptorimolekyylien proteiinirakenteiden virheillä on osoitettu olevan merkitystä hypertensiossa (korkeassa verenpaineessa), astmassa, sydänsairauksissa ja syövässä.

Kullakin solupinnan reseptorilla on kolme pääkomponenttia: ulkoinen ligandia sitova domeeni, hydrofobinen kalvot läpäisevä alue ja solunsisäinen domeeni solun sisällä. Ligandia sitovaa domeenia kutsutaan myös solunulkoiseksi domeeniksi. Kunkin domainin koko ja laajuus vaihtelevat suuresti reseptorityypistä riippuen. Solupinnan reseptorit osallistuvat suurimpaan osaan monisoluisten organismien signaloinnista. Solupinnan reseptoreita on kolme yleistä luokkaa: ionikanaviin sidoksissa olevat reseptorit, G-proteiiniin sidoksissa olevat reseptorit ja entsyymisidoksissa olevat reseptorit.

Ionikanaviin sidoksissa olevat reseptorit sitovat ligandin ja avaavat kalvon läpi kanavan, joka päästää tietyt ionit läpi. Kanavan muodostamiseksi tämäntyyppisillä solupintareseptoreilla on laaja kalvon ylittävä alue. Jotta reseptori voisi olla vuorovaikutuksessa plasmakalvon keskipisteen muodostavien fosfolipidien rasvahappohännän kanssa, monet kalvoa ympäröivän alueen aminohapoista ovat luonteeltaan hydrofobisia. Sitä vastoin kanavan sisäpuolella olevat aminohapot ovat hydrofiilisiä, jotta vesi tai ionit voivat kulkea. Kun ligandi sitoutuu kanavan solunulkoiselle alueelle, proteiinien rakenteessa tapahtuu konformaatiomuutos, joka sallii ionien, kuten natriumin, kalsiumin, magnesiumin ja vedyn, läpipääsyn (kuva 9.5)

G-proteiiniin sidoksissa olevat reseptorit sitovat ligandin ja aktivoivat kalvoproteiinin, jota kutsutaan G-proteiiniksi. Aktivoitu G-proteiini on sitten vuorovaikutuksessa joko ionikanavan tai kalvossa olevan entsyymin kanssa (kuva 9.6). Kaikilla G-proteiiniin sidotuilla reseptoreilla on seitsemän transmembraanidomeenia, mutta kullakin reseptorilla on oma spesifinen solunulkoinen domeeninsa ja G-proteiinin sitoutumiskohtansa.

Solun signalointi G-proteiiniin sidottujen reseptorien avulla tapahtuu syklisenä tapahtumasarjana. Ennen kuin ligandi sitoutuu, inaktiivinen G-proteiini voi sitoutua reseptorista juuri paljastuneeseen reseptorille spesifiseen sitoutumiskohtaan. Kun G-proteiini sitoutuu reseptoriin, syntyvä muodonmuutos aktivoi G-proteiinin, joka vapauttaa GDP:tä ja ottaa GTP:tä. Tämän jälkeen G-proteiinin alayksiköt jakautuvat α-alayksiköksi ja βγ-alayksiköksi. Toinen tai molemmat näistä G-proteiinifragmenteista voivat tämän seurauksena aktivoida muita proteiineja. Jonkin ajan kuluttua G-proteiinin aktiivisen α-alayksikön GTP hydrolysoituu GDP:ksi ja βγ-alayksikkö deaktivoituu. Alayksiköt yhdistyvät uudelleen muodostaen inaktiivisen G-proteiinin, ja sykli alkaa alusta.

G-proteiiniin sidottuja reseptoreita on tutkittu laajasti, ja niiden roolista terveyden ylläpitämisessä on saatu paljon tietoa. Ihmiselle patogeeniset bakteerit voivat vapauttaa myrkkyjä, jotka keskeyttävät tiettyjen G-proteiiniin sidottujen reseptorien toiminnan, mikä johtaa sellaisiin sairauksiin kuin hinkuyskä, botulismi ja kolera. Esimerkiksi kolerassa (kuva 9.7) veden välityksellä leviävä Vibrio cholerae -bakteeri tuottaa toksiinia, kolerageenia, joka sitoutuu ohutsuolen limakalvon soluihin. Sen jälkeen toksiini tunkeutuu näihin suolistosoluihin, missä se muuttaa kloridikanavan avautumista säätelevää G-proteiinia ja saa sen pysymään jatkuvasti aktiivisena, mikä johtaa elimistön suuriin nestehäviöihin ja sen seurauksena mahdollisesti kuolemaan johtavaan nestehukkaan.

Ensyymisidonnaiset reseptorit ovat solupinnan reseptoreita, joilla on solunsisäisiä domeeneja, jotka liittyvät entsyymiin. Joissakin tapauksissa reseptorin solunsisäinen domeeni on itse entsyymi. Toisissa entsyymisidonnaisissa reseptoreissa on pieni solunsisäinen domeeni, joka on suoraan vuorovaikutuksessa entsyymin kanssa. Entsyymisidonnaisilla reseptoreilla on tavallisesti suuret solunulkoiset ja solunsisäiset domeenit, mutta membraanin läpäisevä alue koostuu yhdestä peptidirangan alfa-helikaalisesta alueesta. Kun ligandi sitoutuu solunulkoiseen domeeniin, signaali siirtyy kalvon läpi ja aktivoi entsyymin. Entsyymin aktivoituminen käynnistää solun sisällä tapahtumaketjun, joka lopulta johtaa vasteeseen. Yksi esimerkki tämäntyyppisestä entsyymiin sidotusta reseptorista on tyrosiinikinaasireseptori (kuva 9.8). Kinaasi on entsyymi, joka siirtää fosfaattiryhmiä ATP:stä toiseen proteiiniin. Tyrosiinikinaasireseptori siirtää fosfaattiryhmiä tyrosiinimolekyyleihin (tyrosiinijäämiin). Ensin signaalimolekyylit sitoutuvat kahden läheisen tyrosiinikinaasireseptorin solunulkoiseen domeeniin. Tämän jälkeen kaksi lähekkäistä reseptoria sitoutuvat toisiinsa eli dimeroituvat. Tämän jälkeen reseptorien solunsisäisen domeenin tyrosiinijäämiin lisätään fosfaatteja (fosforylaatio). Fosforyloidut jäännökset voivat sitten välittää signaalin seuraavalle viestinviejälle sytoplasmassa.