MEMBRAANRECEPTOREN: FUNCTIES, TYPEN, HOE ZE WERKEN - BIOLOGIE - 2024

De membraanreceptoren zijn een klasse van cellulaire receptoren die zich op het oppervlak van het plasmamembraan van cellen bevinden, waardoor het detecteren van chemicaliën door hun aard het membraan niet kan passeren.

In het algemeen zijn membraanreceptoren integrale membraaneiwitten die gespecialiseerd zijn in de detectie van chemische signalen zoals peptidehormonen, neurotransmitters en bepaalde trofische factoren; sommige medicijnen en toxines kunnen zich ook aan dit soort receptoren binden.

Representatief schema van een membraanreceptor. Liganden op het buitenste deel van het membraan (1), ligand-membraanreceptorinteractie (2) en (3) daaropvolgende signaleringsgebeurtenissen worden waargenomen (Bron: Wyatt Pyzynski via Wikimedia Commons)

Ze worden geclassificeerd volgens het type intracellulaire cascade waaraan ze zijn gekoppeld en die bepalen het uiteindelijke effect op de corresponderende cel, de doelcel of doelcel genoemd.

Zo zijn er drie grote groepen beschreven: de groepen die zijn gekoppeld aan ionkanalen, de groepen die zijn gekoppeld aan enzymen en de groepen die zijn gekoppeld aan proteïne G. De binding van liganden aan receptoren genereert een conformatieverandering in de receptor die een intracellulaire signaalcascade in de doel cel.

De signaalketens die aan de membraanreceptoren zijn gekoppeld, maken het mogelijk om de signalen te versterken en voorbijgaande of permanente reacties of veranderingen in de doelcel te genereren. Deze intracellulaire signalen worden gezamenlijk het "signaaltransductiesysteem" genoemd.

Kenmerken

De functie van membraanreceptoren, en van andere typen receptoren in het algemeen, is om de communicatie van cellen onderling mogelijk te maken, op een zodanige manier dat de verschillende organen en systemen van een organisme op een gecoördineerde manier werken om de homeostase en reageren op vrijwillige en automatische bevelen van het zenuwstelsel.

Een chemisch signaal dat inwerkt op het plasmamembraan kan dus een versterkte wijziging van verschillende functies binnen de biochemische machinerie van een cel teweegbrengen en een veelvoud aan specifieke reacties teweegbrengen.

Via het signaalversterkingssysteem kan een enkele stimulus (ligand) onmiddellijke, indirecte en langdurige tijdelijke veranderingen genereren, bijvoorbeeld door de expressie van sommige genen in de doelcel te wijzigen.

Soorten

Cellulaire receptoren worden op basis van hun locatie ingedeeld in: membraanreceptoren (die worden blootgesteld in het celmembraan) en intracellulaire receptoren (die cytoplasmatisch of nucleair kunnen zijn).

Membraanreceptoren zijn van drie soorten:

- Gekoppeld aan ionenkanalen

- Gekoppeld aan enzymen

- Gekoppeld aan G-proteïne

Membraanreceptoren gebonden aan ionenkanalen

Ook wel ligand-gated ionenkanalen genoemd, het zijn membraaneiwitten die zijn samengesteld uit 4 tot 6 subeenheden die zo zijn samengesteld dat ze een centrale leiding of porie verlaten, waardoor ionen van de ene kant van het membraan naar de andere gaan.

Voorbeeld van de acetylcholinereceptor, een receptor gekoppeld aan een ionenkanaal. De drie conformationele toestanden ervan worden weergegeven (Bron: Laozhengzz via Wikimedia Commons)

Deze kanalen kruisen het membraan en hebben een extracellulair uiteinde, waar de bindingsplaats voor het ligand zich bevindt, en een ander intracellulair uiteinde dat, in sommige kanalen, een poortmechanisme heeft. Bepaalde kanalen hebben een intracellulaire ligandplaats.

Enzymgebonden membraanreceptoren

Deze receptoren zijn ook transmembraaneiwitten. Ze hebben een extracellulair uiteinde dat de bindingsplaats voor het ligand presenteert en die met hun intracellulaire uiteinde een enzym hebben geassocieerd dat wordt geactiveerd door de binding van het ligand aan de receptor.

Membraanreceptoren gekoppeld of gekoppeld aan G-eiwit

G-proteïne-gekoppelde receptoren hebben een indirect mechanisme voor de regulatie van de intracellulaire functies van doelwitcellen waarbij transducermoleculen betrokken zijn die GTP-bindende of bindende eiwitten of G-eiwitten worden genoemd.

Al deze aan G-proteïne gekoppelde receptoren bestaan ​​uit een membraaneiwit dat zeven keer door het membraan gaat en worden metabotrope receptoren genoemd. Er zijn honderden receptoren geïdentificeerd die zijn gekoppeld aan verschillende G-eiwitten.

Hoe werken ze?

In receptoren die zijn gebonden aan ionkanalen, genereert de binding van het ligand aan de receptor een conformationele verandering in de structuur van de receptor die een poort kan wijzigen, de wanden van het kanaal dichter of verder uit elkaar kan bewegen. Hiermee modificeren ze de doorgang van ionen van de ene kant van het membraan naar de andere.

Receptoren die zijn gebonden aan ionenkanalen zijn voor het grootste deel specifiek voor één type ion, en daarom zijn receptoren voor K +, Cl-, Na +, Ca ++ kanalen, enz. Beschreven. Er zijn ook kanalen waardoor twee of meer soorten ionen kunnen passeren.

De meeste enzym-gekoppelde receptoren associëren met proteïnekinasen, vooral het enzym tyrosinekinase. Deze kinasen worden geactiveerd wanneer het ligand zich op zijn extracellulaire bindingsplaats aan de receptor bindt. Kinases fosforyleren specifieke eiwitten in de doelcel, waardoor de celfunctie verandert.

Voorbeeld van een membraanreceptor gekoppeld aan het enzym tyrosinekinase (Bron: Laozhengzz via Wikimedia Commons)

G-proteïne-gekoppelde receptoren activeren cascades van biochemische reacties die uiteindelijk de functie van verschillende eiwitten in de doelcel wijzigen.

Er zijn twee soorten G-eiwitten die de heterotrimere G-eiwitten en de monomere G-eiwitten zijn. Beide zijn inactief gebonden aan GDP, maar door het ligand aan de receptor te binden, wordt GDP vervangen door GTP en wordt het G-eiwit geactiveerd.

In heterotrimere G-eiwitten dissocieert de α-subeenheid die aan GTP is gebonden, van het ßγ-complex, waardoor het G-eiwit geactiveerd blijft. Zowel de α-subeenheid gebonden aan GTP als de vrije ßγ kunnen de respons bemiddelen.

Schematische voorstelling van een aan G-eiwit gekoppelde receptor (Bron: Bensaccount op Engelse Wikipedia via Wikimedia Commons)

Monomere G-eiwitten of kleine G-eiwitten worden ook Ras-eiwitten genoemd omdat ze voor het eerst zijn beschreven in een virus dat bij ratten sarcomateuze tumoren produceert.

Wanneer ze geactiveerd zijn, stimuleren ze mechanismen die voornamelijk verband houden met vesiculair verkeer en cytoskeletfuncties (modificatie, hermodellering, transport, enz.).

Voorbeelden

De acetylcholinereceptor, gekoppeld aan een natriumkanaal dat opent wanneer het zich bindt aan acetylcholine en depolarisatie van de doelcel veroorzaakt, is een goed voorbeeld van membraanreceptoren gekoppeld aan ionkanalen. Bovendien zijn er drie soorten glutamaatreceptoren die ionotrope receptoren zijn.

Glutamaat is een van de belangrijkste prikkelende neurotransmitters in het zenuwstelsel. De drie soorten ionotrope receptoren zijn: NMDA (N-methyl-D-aspartaat) receptoren, AMPA (α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazoolpropionaat) en kainaat (zuur kainic).

Hun namen zijn afgeleid van de agonisten die ze activeren en deze drie soorten kanalen zijn voorbeelden van niet-selectieve prikkelende kanalen, aangezien ze de doorgang van natrium en kalium en in sommige gevallen kleine hoeveelheden calcium mogelijk maken.

Voorbeelden van enzymgebonden receptoren zijn de insulinereceptor, de TrK-receptorenfamilie of neurotrofinereceptoren en de receptoren voor sommige groeifactoren.

De belangrijkste aan G-proteïne gekoppelde receptoren zijn onder meer muscarine-acetylcholinereceptoren, β-adrenerge receptoren, receptoren van het olfactorische systeem, metabotrope glutamaatreceptoren, receptoren voor veel peptidehormonen en rodopsinereceptoren van het netvliesstelsel.

Referenties

1. Afdeling Biochemie en Moleculaire Biofysica Thomas Jessell, Siegelbaum, S., & Hudspeth, AJ (2000). Principles of neurale wetenschap (Deel 4, pp. 1227-1246). ER Kandel, JH Schwartz, & TM Jessell (Eds.). New York: McGraw-heuvel.
2. Hulme, EC, Birdsall, NJM, en Buckley, NJ (1990). Muscarinereceptorsubtypen. Jaaroverzicht van farmacologie en toxicologie, 30 (1), 633-673.
3. Cull-Candy, SG en Leszkiewicz, DN (2004). Rol van verschillende NMDA-receptorsubtypen bij centrale synapsen. Sci. STKE, 2004 (255), re16-re16.
4. William, FG en Ganong, MD (2005). Herziening van medische fysiologie. Gedrukt in de Verenigde Staten van Amerika, Seventeenth Edition, Pp-781.
5. Bear, MF, Connors, BW, en Paradiso, MA (Eds.). (2007). Neuroscience (Deel 2). Lippincott Williams & Wilkins.