Definizione di recettore
Un recettore è una proteina che si lega a una molecola specifica. La molecola che lega è nota come ligando. Un ligando può essere qualsiasi molecola, da minerali inorganici a proteine create dall’organismo, ormoni e neurotrasmettitori. Il ligando si lega al sito di legame del ligando sulla proteina del recettore. Quando questo legame avviene, il recettore subisce un cambiamento conformazionale. Questo cambiamento di forma altera leggermente la funzione della proteina. Da questo, possono succedere diverse cose. Il cambiamento conformazionale nel recettore può far sì che il recettore diventi un enzima e combini o separi attivamente certe molecole.
Il cambiamento può anche causare una serie di cambiamenti nelle proteine correlate, trasferendo alla fine una sorta di messaggio alla cellula. Questo messaggio potrebbe essere un messaggio di regolazione metabolica, o potrebbe essere un segnale sensoriale. Il recettore ha una certa capacità di trattenere il ligando, nota come affinità di legame. Una volta che questa attrazione si esaurisce, il recettore rilascerà il ligando, subirà un cambiamento nella forma originale e il messaggio o segnale finirà. La velocità di questo turnover dipende dalla forza dell’affinità tra recettore e ligando.
Altre molecole possono anche attaccarsi al sito di legame del ligando su un recettore. Queste sono chiamate molecole agoniste se imitano l’effetto del ligando naturale. Molti farmaci, sia prescritti che illegali, sono agonisti sintetici di molecole come le endorfine, che creano sensazioni di soddisfazione. Tuttavia, queste molecole hanno spesso un’affinità più forte per il recettore rispetto al ligando naturale. Questo significa che l’agonista rimarrà attaccato al recettore più a lungo, ed è per questo che si sviluppano tolleranze a certi farmaci e antidolorifici. Per ottenere lo stesso numero di nervi che sparano quando tanti sono già bloccati dal farmaco, è necessario un dosaggio molto più alto.
Altre molecole possono agire come antagonisti, o molecole che bloccano il sito di legame del ligando sul recettore ma non permettono al recettore di subire un cambiamento di conformazione. Questo blocca completamente il segnale. Alcuni antagonisti del recettore includono farmaci che sono usati per svezzare le persone dalla dipendenza da eroina e alcol. Questi agiscono rendendo l’uso della droga non più piacevole. Altri antagonisti includono alcune proteine nel veleno di serpente che imitano le proteine di legame delle piastrine. I recettori che normalmente collegherebbero le piastrine e impedirebbero il sanguinamento sono quindi disabilitati. Questo può portare a emorragie interne e alla morte. Le compagnie farmaceutiche sono interessate sia agli agonisti che agli antagonisti per il loro potenziale di creare medicine efficaci.
Tipi di recettori
Ci sono letteralmente migliaia di tipi diversi di recettori nel corpo dei mammiferi. Anche se ce ne sono troppi per iniziare ad elencarli, i recettori rientrano in alcune categorie di funzioni molto ampie. Molti sono usati nella “segnalazione cellulare”, che è un sistema enormemente complesso di segnali e risposte mediate quasi interamente dai recettori e dai ligandi che ricevono. Questi includono proteine recettoriali incorporate nella membrana cellulare che attivano altre sequenze quando ricevono un ligando, e i recettori che si trovano nel sistema immunitario che sono strutturati per trovare proteine e molecole intruse. Ecco il modello generale della segnalazione cellulare, che può assumere molte forme diverse.
Un altro tipo di recettore è il canale ionico gated, che apre un passaggio speciale all’attacco di un ligando e permette agli ioni di fluire liberamente attraverso la membrana. A causa di questa azione, la tensione elettrica che viene mantenuta attraverso la membrana viene persa, e la regione si depolarizza. Quando grandi aree di cellule come i neuroni sono depolarizzate, si genera un potenziale d’azione. Questo viaggia lungo il nervo come un segnale elettrico. Alla fine del neurone, vengono rilasciati neurotrasmettitori che agiscono come ligandi sui recettori della cellula nervosa successiva. In questo modo, il segnale viaggia rapidamente in tutto il corpo e si basa sull’azione e la reversibilità delle proteine recettoriali.
Altri recettori hanno un’alta affinità per il loro ligando, e sono utilizzati in funzioni come il legame della cellula alla membrana extracellulare e ad altre cellule. Queste proteine recettoriali cambiano ancora forma quando il loro ligando è legato, segnalando alla cellula che è in contatto con altre cellule. Organismi diversi usano questo in modi diversi. Gli animali pluricellulari lo usano per orientare le loro cellule e assicurare le connessioni tra di loro. Gli organismi unicellulari possono usare questi recettori per segnalare un meccanismo di difesa o altre azioni quando lo spazio diventa troppo affollato. Molte proteine recettoriali sono ubiquitarie tra gli animali, poiché sono state conservate nel corso dell’evoluzione a causa della loro estrema utilità.
Esempi di un recettore
La risposta dell’insulina
L’insulina è un ormone estremamente importante che aiuta a regolare la quantità di glucosio nel sangue. Il glucosio è il principale carburante per le cellule, ma ha bisogno di una speciale molecola di trasporto, Glut4, per aiutarlo ad entrare nella cellula. Osserva l’immagine qui sotto.
Quando i livelli di glucosio nel sangue aumentano, speciali recettori nel pancreas lo percepiscono, e iniziano a produrre e rilasciare insulina nel flusso sanguigno. Quasi tutte le cellule del corpo hanno proteine recettoriali per l’insulina. Quando queste proteine recettoriali entrano in contatto con l’insulina, questa si lega alla posizione di legame con il ligando sulla proteina recettoriale. Questo provoca un cambiamento conformazionale nella proteina. Questo cambiamento nel recettore innesca una serie di altre reazioni innescate dalle proteine associate. Queste proteine creano una molecola messaggera che influenza il movimento di Glut4 verso la membrana cellulare. In presenza di insulina, questo avviene rapidamente. Le vescicole che contengono Glut4 si fondono alla membrana, legano il glucosio e lo trasportano nella cellula. Quando l’insulina scompare, si ferma la produzione di insulina e si spegne l’assorbimento del glucosio. Non solo la proteina del recettore dell’insulina è coinvolta, ma un certo numero di altri recettori usati nelle reazioni associate e in altre cellule. Come si può vedere, il ruolo di un recettore può diventare abbastanza complicato.
Risposta al gusto
Un diverso tipo di recettore può essere visto nell’esempio di un nervo del gusto. Parti del nervo proiettano nella membrana mucosa della bocca. Quando si mangia zucchero, sale o altre molecole, queste si dissolvono nella saliva e si distribuiscono nella mucosa. Ognuno di questi ligandi ha diverse cellule che contengono recettori specifici per esso. Questi recettori sono canali ionici “gated”, come in una cellula nervosa. Quando un ligando si attacca a loro, permettono agli ioni di passare attraverso la membrana. Questo fa sì che un’area della membrana si depolarizzi. Se ci sono abbastanza molecole di ligando, molti recettori saranno attivati in uno, causando un potenziale d’azione.
Questa onda di depolarizzazione si muoverà lungo la cellula nervosa fino a raggiungere l’altro lato. Una volta lì, speciali capsule contenenti neurotrasmettitori vengono fatte scoppiare dal potenziale d’azione, rilasciando i ligandi nello spazio tra i nervi. I recettori e il nervo successivo ricevono il ligando, e il processo ricomincia. Questo accade diverse volte tra la lingua e il cervello. Il segnale finalmente raggiunge i centri di elaborazione nel cervello, e il gusto “dolce” viene compreso. Tutto questo avviene in frazioni di secondo.
Quiz
1. Quale dei seguenti è un recettore? Una proteina che abbassa l’energia di attivazione di una reazione se è presente un substrato
B. Una proteina che accetta un ligando, causando una sequenza di altre reazioni
C. Una proteina strutturale che non si lega ad altre molecole
2. Quale dei seguenti NON è un compito dei recettori? Ricevere un ligando
B. Trasferire un segnale
C. Immagazzinare energia
3. Una società farmaceutica sta sviluppando un nuovo farmaco. Il farmaco è un antagonista dei recettori del dolore, e blocca la sensazione di dolore. Il farmaco funziona, ma l’azienda è preoccupata che l’affinità del farmaco per il recettore sia troppo alta. Perché questa è una preoccupazione? Non è una preoccupazione
B. Un’alta affinità significa che la gente avrà bisogno di comprare solo una dose
C. Il farmaco può rimanere attaccato al recettore
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