Receptoriai: ląstelių membranos signalų priėmėjai ir jų funkcijos

Ląstelių biologijoje receptoriai yra specialios struktūros, esančios ląstelių membranose. Jie sudaryti iš baltymų molekulių, pavyzdžiui, glikoproteinų. Receptoriai jungiasi (prisitvirtina) prie specializuotų molekulių. Jei receptorius turi šią molekulę, jis suaktyvėja, o jei neturi, jis deaktyvuojasi. Priklausomai nuo jo būsenos, ląstelės viduje įvyksta pokytis.

Ląstelės paviršiaus receptoriai (membraniniai receptoriai, transmembraniniai receptoriai) palaiko ryšį tarp ląstelės ir išorinio pasaulio. Prie receptoriaus prisijungia ekstraląstelinės signalinės molekulės (dažniausiai hormonai, neuromediatoriai, citokinai, augimo veiksniai arba ląstelių atpažinimo molekulės). Tai sukelia ląstelės funkcijos pokyčius. Šis procesas vadinamas signalo perdavimu: Dėl prisijungimo prasideda cheminiai pokyčiai membranos viduje.

Trumpai tariant, receptoriai veikia kaip spynos ir raktai. Raktą galima užrakinti arba atrakinti. Jei jis atrakintas, galima atidaryti jam priklausančias duris.

Kaip receptoriai veikia (supaprastintai)

Receptoriai atpažįsta ir prisijungia specifines molekules, vadinamas ligandais. Ligandas gali aktyvuoti receptorių (veikdamas kaip agonistas) arba blokuoti jo veikimą (veikdamas kaip antagonistas). Ligando prisijungimas pakeičia receptoriaus erdvinę struktūrą, o tai gali:

• atidaryti jonų kanalus membranoje;
• aktyvuoti vidinės pusės fermentinę veiklą (pvz., kinazes);
• paleisti signalo perdavimo kaskadą per tarpininkinius baltymus ar antrinius pasiuntinius (pvz., cAMP, Ca2+, IP3);
• pakeisti genų ekspresiją per viduląstelinius receptorius.

Pagrindinės membraninių receptorių klasės

• Jonų kanalų receptoriai – membraniniai baltymai, kurie atsidaro arba užsidaro prisijungus ligandui, leidžiant tam tikriems jonams (Na+, K+, Ca2+, Cl−) patekti į ląstelę arba išeiti iš jos. Tai greitas mechanizmas, svarbus nerviniam impulsų perdavimui ir raumenų susitraukimui.
• G baltymais susiję receptoriai (GPCR) – didelė receptorių šeima, kuri prisijungus ligandui aktyvuoja viduląstelinius G baltymus ir toliau reguliuoja fermentus bei jonų kanalus. GPCR yra daug vartojamų vaistų taikinys.
• Enziminiai (fermentiniai) receptoriai – receptoriai, turintys vidinę fermentinę veiklą arba sąveikaujantys su fermentais (pvz., receptorinė tiro kinazė), aktyvuojami prisijungus augimo faktoriams ir reguliuoja proliferaciją, diferenciaciją bei metabolizmą.
• Adaptoriniai ir prijungimo receptoriai – receptoriai, kurie veikia per prijungtus vedlius ir struktūrinius baltymus, dalyvaujant kelių komponentų signalo komplekso sudaryme.
• Viduląstelio (intraceluliniai) receptoriai – nors jie nėra membraniniai, verta paminėti: steroidiniai hormonai (pvz., kortizolis, estrogenai) prasiskverbia per membraną ir jungiasi prie receptorų citoplazmoje arba branduolyje, tiesiogiai reguliuodami genų transkripciją.

Signalo perdavimas ir antriniai pasiuntiniai

Prisijungus ligandui prie receptoriaus, dažnai susidaro seka biocheminių reakcijų, vadinamų signalo kaskada. Dažniausi antriniai pasiuntiniai yra:

• cAMP – aktyvina proteinkinazę A, keičia fermentų ir transkripcinių faktorių veiklą;
• Ca2+ jonai – veikia daugelį fermentų ir baltymų, reguliuoja sekreciją, susitraukimą, metabolizmą;
• IP3 ir DAG – išskaido membraninius lipidus ir laisvina Ca2+ iš organelių;
• fosforilinimas ir defosforilinimas – kinazės ir fosfatazės moduliuoja baltymų aktyvumą;
• G baltymai ir mažieji GTPazės – perduoda signalą įvairioms tarpinėms sistemoms.

Receptorių reguliacija ir adaptacija

Receptorių veikla nėra pastovi. Ląstelė gali keisti receptorių skaičių arba jautrumą, reaguodama į ilgalaikes signalų pokyčias:

• Desensibilizacija – sumažėjęs atsakas į nuolatinį ar pasikartojantį stimulą (dažnai dėl receptoriaus fosforilinimo ar jungimosi su arrestinu);
• Internalizacija – receptoriai endocitozuojami iš membranos į lizosomas ar endosomas, kur gali būti degradoti arba perdirbti;
• Up- ir down-reguliacija – hormonų ar kitų signalų įtakoje ląstelė gali didinti arba mažinti receptorių sintezę;
• Ligando specifika ir afinitetas – skirtingi ligandai gali sukelti skirtingo stiprumo atsaką, o cheminės modifikacijos gali keisti afinitetą.

Biologinė ir medicininė reikšmė

Receptoriai kontroliuoja praktiskai visas fiziologines funkcijas: nervų signalus, endokrininę komunikaciją, imuninį atsaką, augimą ir metabolizmą. Todėl jie yra svarbūs ir medicinoje:

• Daugelis vaistų veikia receptorius (agonistai, antagonistai, moduliai).
• Receptorių mutacijos gali sukelti ligas (pvz., nenormalus augimo faktorių receptorių aktyvumas susijęs su kai kuriomis vėžio formomis).
• Imuninės ligos ir uždegimai dažnai priklauso nuo citokinų receptorių signalo disbalanso.

Tyrimo metodai

Receptorius tiriami įvairiais būdais:

• radioligandų tyrimai ir afiniteto matavimai;
• imunohistochemija ir fluorescencinė mikroskopija receptorių lokalizacijai;
• elektrofiziologija (ypač jonų kanalams);
• molekulinė biologija ir genetinės modifikacijos (mutacijų poveikio tyrimai).

Apibendrinant: receptoriai yra esminiai ląstelių komunikacijos elementai. Jie atpažįsta išorinius signalus, juos interpretuoja ir inicijuoja viduląstelinius atsakus, kurie leidžia organizmui prisitaikyti, reaguoti ir išlaikyti homeostazę.

Klausimai ir atsakymai

K: Kas yra receptorius ląstelių biologijoje?

K: Kaip receptoriai aktyvuojami arba deaktyvuojami?

K: Kokį vaidmenį atlieka ląstelės paviršiaus receptoriai (membraniniai receptoriai, transmembraniniai receptoriai)?

K: Kokios molekulės jungiasi prie receptorių?

K: Kas sukelia ląstelės funkcijos pokyčius?

K: Kaip veikia receptoriai?

K: Kokie pokyčiai įvyksta ląstelėje, kai receptorius suaktyvinamas?

Paieška pagal raidę