Receptory powierzchniowe komórki
Receptory powierzchniowe komórki, znane również jako receptory transmembranowe, są powierzchni komórkowej, zakotwiczone w błonie (integralne) białka, które wiążą się z zewnętrznymi cząsteczkami ligandów. Ten typ receptora rozpościera się na błonie plazmatycznej i dokonuje transdukcji sygnału, w której sygnał zewnątrzkomórkowy jest przekształcany w sygnał międzykomórkowy. Ligandy, które oddziałują z receptorami powierzchniowymi nie muszą wnikać do wnętrza komórki, na którą oddziałują. Receptory powierzchni komórki są również nazywane białkami specyficznymi dla komórek lub markerami, ponieważ są one specyficzne dla poszczególnych typów komórek.
Ponieważ białka receptorowe powierzchni komórki są fundamentalne dla normalnego funkcjonowania komórek, nie powinno być niespodzianką, że nieprawidłowe działanie w którymkolwiek z tych białek może mieć poważne konsekwencje. Wykazano, że błędy w strukturze białek niektórych cząsteczek receptorów odgrywają rolę w nadciśnieniu (wysokie ciśnienie krwi), astmie, chorobach serca i nowotworach.
Każdy receptor powierzchni komórki ma trzy główne składniki: zewnętrzną domenę wiążącą ligand, hydrofobowy region rozprzestrzeniający się w błonie oraz domenę wewnątrzkomórkową wewnątrz komórki. Domena wiążąca ligand nazywana jest również domeną zewnątrzkomórkową. Rozmiar i zakres każdej z tych domen różni się znacznie w zależności od typu receptora. Receptory na powierzchni komórki biorą udział w większości procesów sygnalizacyjnych w organizmach wielokomórkowych. Istnieją trzy ogólne kategorie receptorów powierzchni komórki: receptory związane z kanałami jonowymi, receptory związane z białkami G i receptory związane z enzymami.
Receptory związane z kanałami jonowymi wiążą ligand i otwierają kanał przez błonę, który pozwala na przejście określonych jonów. Aby utworzyć kanał, ten typ receptora powierzchni komórki ma rozległy region rozprzestrzeniania się w błonie. Aby oddziaływać z ogonami kwasów tłuszczowych fosfolipidów, które tworzą centrum błony plazmatycznej, wiele aminokwasów w regionie rozprzestrzeniania się błony ma charakter hydrofobowy. I odwrotnie, aminokwasy znajdujące się wewnątrz kanału są hydrofilowe, aby umożliwić przenikanie wody lub jonów. Kiedy ligand wiąże się z zewnątrzkomórkowym regionem kanału, następuje zmiana konformacyjna w strukturze białka, która umożliwia przejście jonom takim jak sód, wapń, magnez i wodór (rysunek 9.5)
Receptory związane z białkiem G wiążą ligand i aktywują białko błonowe zwane białkiem G. Następnie aktywowane białko G oddziałuje z ligandem. Aktywowane białko G wchodzi następnie w interakcję z kanałem jonowym lub enzymem w błonie (rysunek 9.6). Wszystkie receptory związane z białkiem G mają siedem domen transmembranowych, ale każdy receptor ma swoją specyficzną domenę zewnątrzkomórkową i miejsce wiązania z białkiem G.
Sygnalizacja komórkowa za pomocą receptorów związanych z białkiem G zachodzi jako cykliczna seria zdarzeń. Zanim ligand się zwiąże, nieaktywne białko G może związać się z nowo odkrytym miejscem na receptorze, specyficznym dla jego wiązania. Gdy białko G zwi±zuje się z receptorem, zmiana kształtu powoduje aktywację białka G, które uwalnia GDP i pobiera GTP. Następnie podjednostki białka G rozdzielają się na podjednostkę α i podjednostkę βγ. Jeden lub oba te fragmenty białka G mogą w rezultacie aktywować inne białka. Po pewnym czasie GTP na aktywnej podjednostce α białka G jest hydrolizowane do GDP, a podjednostka βγ ulega dezaktywacji. Podjednostki ponownie się łączą, tworząc nieaktywne białko G i cykl zaczyna się od nowa.
Receptory związane z białkiem G były szeroko badane i wiele dowiedziano się o ich roli w utrzymaniu zdrowia. Bakterie, które są patogenne dla ludzi mogą uwalniać trucizny, które przerywają specyficzną funkcję receptorów związanych z białkiem G, co prowadzi do chorób takich jak krztusiec, botulizm i cholera. W cholerze (rysunek 9.7), na przykład, przenoszona przez wodę bakteria Vibrio cholerae wytwarza toksynę, choleragen, która wiąże się z komórkami wyściełającymi jelito cienkie. Toksyna następnie wnika do tych komórek jelitowych, gdzie modyfikuje białko G, które kontroluje otwarcie kanału chlorkowego i powoduje, że pozostaje on stale aktywny, co skutkuje dużą utratą płynów z organizmu i potencjalnie śmiertelnym odwodnieniem w rezultacie.
Receptory związane z enzymami to receptory na powierzchni komórki z domenami wewnątrzkomórkowymi, które są związane z enzymem. W niektórych przypadkach sama domena wewnątrzkomórkowa receptora jest enzymem. Inne receptory związane z enzymami mają małą domenę wewnątrzkomórkową, która oddziałuje bezpośrednio z enzymem. Receptory związane z enzymami mają zwykle duże domeny zewnątrzkomórkowe i wewnątrzkomórkowe, ale region rozprzestrzeniający się przez błonę składa się z pojedynczego regionu alfa-helikalnego łańcucha peptydowego. Kiedy ligand wiąże się z domeną zewnątrzkomórkową, sygnał jest przenoszony przez błonę, aktywując enzym. Aktywacja enzymu uruchamia łańcuch zdarzeń w komórce, który ostatecznie prowadzi do odpowiedzi. Jednym z przykładów tego typu receptora związanego z enzymem jest receptor kinazy tyrozynowej (rysunek 9.8). Kinaza jest enzymem, który przenosi grupy fosforanowe z ATP na inne białko. Receptor kinazy tyrozynowej przenosi grupy fosforanowe na cząsteczki tyrozyny (reszty tyrozynowe). Najpierw cząsteczki sygnalizujące wiążą się z zewnątrzkomórkową domeną dwóch pobliskich receptorów kinazy tyrozynowej. Następnie dwa sąsiadujące receptory łączą się, czyli dimeryzują. Następnie do reszt tyrozynowych w domenie wewnątrzkomórkowej receptorów dodawane są fosforany (fosforylacja). Fosforylowane reszty mogą następnie przekazać sygnał do następnego posłańca w cytoplazmie.
.