Receptorii de suprafață celulară
Receptorii de suprafață celulară, cunoscuți și sub numele de receptori transmembranari, sunt proteine de suprafață celulară, ancorate în membrană (integrale), care se leagă de moleculele ligand externe. Acest tip de receptori traversează membrana plasmatică și realizează transducția semnalului, în care un semnal extracelular este transformat într-un semnal intercelular. Liganzii care interacționează cu receptorii de pe suprafața celulară nu trebuie să pătrundă în celula pe care o afectează. Receptorii de suprafață celulară sunt, de asemenea, numiți proteine specifice celulelor sau markeri, deoarece sunt specifici pentru tipuri individuale de celule.
Pentru că proteinele receptorilor de suprafață celulară sunt fundamentale pentru funcționarea normală a celulelor, nu ar trebui să fie o surpriză faptul că o funcționare defectuoasă a oricăreia dintre aceste proteine ar putea avea consecințe grave. S-a demonstrat că erorile în structurile proteice ale anumitor molecule de receptori joacă un rol în hipertensiune (tensiune arterială ridicată), astm, boli de inimă și cancer.
Care receptor de suprafață celulară are trei componente principale: un domeniu extern de legare a ligandului, o regiune hidrofobă care se întinde pe membrană și un domeniu intracelular în interiorul celulei. Domeniul de legare a ligandului se mai numește și domeniu extracelular. Dimensiunea și extinderea fiecăruia dintre aceste domenii variază foarte mult, în funcție de tipul de receptor. Receptorii de pe suprafața celulară sunt implicați în cea mai mare parte a semnalizării în organismele multicelulare. Există trei categorii generale de receptori de suprafață celulară: receptori legați de canalul ionic, receptori legați de proteina G și receptori legați de enzime.
Receptorii legați de canalul ionic se leagă de un ligand și deschid un canal prin membrană care permite trecerea unor ioni specifici. Pentru a forma un canal, acest tip de receptor de suprafață celulară are o regiune extinsă care se întinde pe membrană. Pentru a interacționa cu cozile de acizi grași ai fosfolipidelor care formează centrul membranei plasmatice, mulți dintre aminoacizii din regiunea care se întinde pe membrană sunt de natură hidrofobă. În schimb, aminoacizii care căptușesc interiorul canalului sunt hidrofili pentru a permite trecerea apei sau a ionilor. Atunci când un ligand se leagă de regiunea extracelulară a canalului, are loc o modificare conformațională în structura proteinelor care permite trecerea ionilor, cum ar fi sodiul, calciul, magneziul și hidrogenul (figura 9.5)
Receptorii legați de proteina G se leagă de un ligand și activează o proteină de membrană numită proteină G. Proteina G activată interacționează apoi fie cu un canal ionic, fie cu o enzimă din membrană (figura 9.6). Toți receptorii legați de proteina G au șapte domenii transmembranare, dar fiecare receptor are propriul domeniu extracelular specific și propriul situs de legare a proteinei G.
Semnalizarea celulară cu ajutorul receptorilor legați de proteina G are loc ca o serie ciclică de evenimente. Înainte ca ligandul să se lege, proteina G inactivă se poate lega de un sit nou dezvăluit pe receptor, specific pentru legarea sa. Odată ce proteina G se leagă de receptor, schimbarea de formă rezultată activează proteina G, care eliberează GDP și captează GTP. Subunitățile proteinei G se împart apoi în subunitatea α și subunitatea βγ. Unul sau ambele fragmente de proteină G pot fi capabile să activeze alte proteine ca rezultat. După un timp, GTP-ul de pe subunitatea α activă a proteinei G este hidrolizat în GDP, iar subunitatea βγ este dezactivată. Subunitățile se reasociază pentru a forma proteina G inactivă și ciclul începe din nou.
Receptorii legați de proteinele G au fost studiați pe larg și s-au aflat multe despre rolul lor în menținerea sănătății. Bacteriile care sunt patogene pentru oameni pot elibera otrăvuri care întrerup funcția specifică a receptorilor legați de proteinele G, ducând la boli precum pertussis, botulism și holeră. În cazul holerei (figura 9.7), de exemplu, bacteria Vibrio cholerae, care se transmite prin apă, produce o toxină, choleragen, care se leagă de celulele care căptușesc intestinul subțire. Toxina pătrunde apoi în aceste celule intestinale, unde modifică o proteină G care controlează deschiderea unui canal de clorură și face ca acesta să rămână continuu activ, ceea ce duce la pierderi mari de lichide din organism și, ca urmare, la o deshidratare potențial fatală.
Receptorii legați de enzime sunt receptori de pe suprafața celulară cu domenii intracelulare care sunt asociați cu o enzimă. În unele cazuri, domeniul intracelular al receptorului însuși este o enzimă. Alți receptori legați de enzime au un mic domeniu intracelular care interacționează direct cu o enzimă. Receptorii legați de enzime au, în mod normal, domenii extracelulare și intracelulare mari, dar regiunea care traversează membrana este formată dintr-o singură regiune alfa-helicoidală a șirului peptidic. Atunci când un ligand se leagă de domeniul extracelular, un semnal este transferat prin membrană, activând enzima. Activarea enzimei declanșează un lanț de evenimente în interiorul celulei care duce în cele din urmă la un răspuns. Un exemplu de acest tip de receptor legat de o enzimă este receptorul tirosin kinazei (figura 9.8). O kinază este o enzimă care transferă grupări fosfat de la ATP la o altă proteină. Receptorul tirozin kinazei transferă grupările fosfat la moleculele de tirozină (reziduuri de tirozină). Mai întâi, moleculele de semnalizare se leagă de domeniul extracelular a doi receptori de tirozin kinază aflați în apropiere. Cei doi receptori vecini se leagă apoi între ei sau se dimerizează. Fosfații sunt apoi adăugați la reziduurile de tirozină de pe domeniul intracelular al receptorilor (fosforilare). Reziduurile fosforilate pot apoi să transmită semnalul către următorul mesager din citoplasmă.
.