Guinguette Marais Poitevin

Receptor Definitie

Een receptor is een eiwit dat zich bindt aan een specifiek molecuul. Het molecuul waaraan het bindt wordt ligand genoemd. Een ligand kan elke molecule zijn, van anorganische mineralen tot door het organisme aangemaakte eiwitten, hormonen en neurotransmitters. Het ligand bindt zich aan de ligand-bindende plaats op het receptoreiwit. Wanneer deze binding plaatsvindt, ondergaat de receptor een conformatieverandering. Deze verandering van vorm verandert de functie van het eiwit enigszins. Hieruit kunnen een aantal dingen voortvloeien. De conformatieverandering in de receptor kan ertoe leiden dat de receptor een enzym wordt en actief bepaalde moleculen gaat combineren of scheiden.

De verandering kan ook een reeks veranderingen in verwante eiwitten teweegbrengen, waardoor uiteindelijk een of andere boodschap aan de cel wordt doorgegeven. Deze boodschap kan een metabolisch regulerend bericht zijn, of een zintuiglijk signaal. De receptor heeft een bepaalde capaciteit om het ligand vast te houden, bekend als de bindingsaffiniteit. Zodra deze aantrekkingskracht uitgeput is, zal de receptor het ligand loslaten, een verandering ondergaan in de oorspronkelijke vorm, en zal de boodschap of het signaal eindigen. De snelheid van deze turnover hangt af van de sterkte van de affiniteit tussen receptor en ligand.

Andere moleculen kunnen zich ook hechten aan de ligand-bindende plaats op een receptor. Deze worden agonistmoleculen genoemd als ze het effect van het natuurlijke ligand nabootsen. Veel medicijnen, zowel voorgeschreven als illegaal, zijn synthetische agonisten voor moleculen als endorfine, die gevoelens van bevrediging opwekken. Deze moleculen hebben echter vaak een sterkere affiniteit voor de receptor dan de natuurlijke ligand heeft. Dit betekent dat de agonist langer aan de receptor blijft kleven, waardoor toleranties voor bepaalde drugs en pijnstillers ontstaan. Om hetzelfde aantal zenuwen te laten vuren als er al zoveel door het geneesmiddel worden geblokkeerd, is een veel hogere dosis nodig.

Nog andere moleculen kunnen als antagonisten werken, of moleculen die de bindingsplaats van het ligand op de receptor blokkeren, maar de receptor niet toestaan een conformatieverandering te ondergaan. Hierdoor wordt een signaal volledig geblokkeerd. Receptorantagonisten zijn onder meer geneesmiddelen die worden gebruikt om mensen van hun heroïne- en alcoholverslaving af te helpen. Deze middelen zorgen ervoor dat het gebruik van de drug niet langer plezierig is. Andere antagonisten zijn bepaalde eiwitten in slangengif die de bloedplaatjesbindende eiwitten nabootsen. De receptoren die normaal de bloedplaatjes verbinden en bloedingen voorkomen, worden daardoor uitgeschakeld. Dit kan leiden tot inwendige bloedingen en de dood. Farmaceutische bedrijven zijn geïnteresseerd in zowel agonisten als antagonisten omdat ze effectieve geneesmiddelen kunnen ontwikkelen.

Typen receptoren

Er zijn letterlijk duizenden verschillende typen receptoren in het zoogdierenlichaam. Hoewel het er veel te veel zijn om op te noemen, kunnen receptoren in een aantal zeer brede functiecategorieën worden ingedeeld. Vele worden gebruikt in “cellulaire signalering”, een enorm complex systeem van signalen en reacties die bijna volledig door receptoren en de liganden die zij ontvangen worden bemiddeld. Hiertoe behoren receptoreiwitten die in het celmembraan zijn ingebed en die andere sequenties activeren wanneer zij een ligand ontvangen, en de receptoren die in het immuunsysteem worden aangetroffen en die gestructureerd zijn om binnendringende eiwitten en moleculen op te sporen. Hieronder volgt het algemene model voor celsignalering, dat veel verschillende vormen kan aannemen.

Een ander type receptor is het gated ionkanaal, dat bij de aanhechting van een ligand een speciale doorgang opent en ionen vrij over het membraan laat stromen. Door deze actie valt de elektrische spanning weg die over het membraan wordt gehandhaafd, en het gebied wordt gedepolariseerd. Wanneer grote delen van cellen zoals neuronen gedepolariseerd zijn, wordt een actiepotentiaal opgewekt. Deze verplaatst zich als een elektrisch signaal door de zenuw. Aan het eind van het neuron komen neurotransmitters vrij, die als liganden werken op de receptoren van de volgende zenuwcel. Op deze manier reist het signaal snel door het lichaam en is gebaseerd op de werking en omkeerbaarheid van receptoreiwitten.

Nog andere receptoren hebben een hoge affiniteit voor hun ligand, en worden gebruikt bij functies zoals het binden van de cel aan het extracellulaire membraan en andere cellen. Deze receptoreiwitten veranderen nog van vorm wanneer hun ligand gebonden is, om de cel te signaleren dat hij in contact staat met andere cellen. Verschillende organismen gebruiken dit op verschillende manieren. Meercellige dieren gebruiken dit om hun cellen te oriënteren en de verbindingen tussen de cellen te verzekeren. Eencellige organismen kunnen deze receptoren gebruiken om een verdedigingsmechanisme of een andere actie te signaleren wanneer de ruimte te vol wordt. Veel receptoreiwitten zijn alomtegenwoordig bij dieren, omdat ze door hun extreme nut door de evolutie heen bewaard zijn gebleven.

Voorbeelden van een receptor

De insulinerespons

Insuline is een uiterst belangrijk hormoon dat helpt bij het reguleren van de hoeveelheid glucose in het bloed. Glucose is de belangrijkste brandstof voor cellen, maar het heeft een speciaal transportmolecuul nodig, Glut4, om het de cel in te helpen. Zie de afbeelding hieronder.

Als het glucosegehalte in het bloed stijgt, voelen speciale receptoren in de alvleesklier dit en beginnen insuline te produceren en in de bloedstroom af te geven. Bijna alle cellen in het lichaam hebben insulinereceptoreiwitten. Wanneer deze receptoreiwitten in contact komen met insuline, bindt deze zich aan de ligand-bindende plaats op het receptoreiwit. Dit veroorzaakt een conformatieverandering in het eiwit. Deze verandering in de receptor zet een reeks andere reacties in gang die worden uitgelokt door geassocieerde eiwitten. Deze eiwitten creëren een boodschappermolecuul dat de beweging van Glut4 naar het celmembraan beïnvloedt. Zolang er insuline aanwezig is, gebeurt dit snel. De blaasjes met Glut4 versmelten met het membraan, binden glucose, en transporteren het de cel in. Wanneer insuline verdwijnt, stopt dit de insulineproductie en wordt de opname van glucose stopgezet. Niet alleen het insulinereceptoreiwit is hierbij betrokken, maar ook een aantal andere receptoren die in geassocieerde reacties en in andere cellen worden gebruikt. Zoals te zien is, kan de rol van een receptor behoorlijk gecompliceerd worden.

Smaakreactie

Een ander type receptor is te zien in het voorbeeld van een smaakzenuw. Delen van deze zenuw steken uit in het slijmvlies van de mond. Wanneer suiker, zout of andere moleculen worden gegeten, lossen zij op in het speeksel en worden zij verspreid over het slijmvlies. Elk van deze liganden heeft verschillende cellen met receptoren die er specifiek voor zijn. Deze receptoren zijn ionenkanalen met poorten, zoals in een zenuwcel. Wanneer een ligand zich aan deze receptoren hecht, laten zij ionen door het membraan passeren. Hierdoor depolariseert een deel van het membraan. Als er genoeg ligandmoleculen zijn, worden veel receptoren tegelijk geactiveerd, waardoor een actiepotentiaal ontstaat.

Deze depolarisatiegolf beweegt zich langs de zenuwcel naar beneden totdat hij de andere kant bereikt. Daar worden speciale capsules met neurotransmitters door de actiepotentiaal tot barsten gebracht, waardoor de liganden in de ruimte tussen de zenuwen vrijkomen. De receptoren en de volgende zenuw ontvangen de ligand, en het proces begint opnieuw. Dit gebeurt verschillende keren tussen de tong en de hersenen. Het signaal bereikt uiteindelijk de verwerkingscentra in de hersenen, en de “zoete” smaak wordt begrepen. Dit alles gebeurt in fracties van seconden.

Quiz

1. Welke van de volgende is een receptor?
A. Een eiwit dat de activeringsenergie van een reactie verlaagt als er een substraat aanwezig is
B. Een eiwit dat een ligand accepteert, waardoor een opeenvolging van andere reacties ontstaat
C. Een structureel eiwit dat niet bindt aan andere moleculen

2. Welk van de volgende is GEEN taak van receptoren?
A. Het ontvangen van een ligand
B. Het overbrengen van een signaal
C. Energie opslaan

3. Een farmaceutisch bedrijf ontwikkelt een nieuw geneesmiddel. Het medicijn is een antagonist voor pijnreceptoren, en blokkeert het gevoel van pijn. Het medicijn werkt, maar het bedrijf is bezorgd dat de affiniteit van het medicijn voor de receptor te hoog is. Waarom is dit een probleem?
A. Het is geen punt van zorg
B. Een hoge affiniteit betekent dat mensen maar één dosis hoeven te kopen
C. Het geneesmiddel kan aan de receptor blijven vastzitten

• Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C. A., Krieger, M., Scott, M. P., Bretscher, A., . . . Matsudaira, P. (2008). Moleculaire Celbiologie (6e ed.). New York: W.H. Freeman and Company.
• Nelson, D. L., & Cox, M. M. (2008). Beginselen van de biochemie. New York: W.H. Freeman and Company.
• Widmaier, E. P., Raff, H., & Strang, K. T. (2008). Vander’s Menselijke fysiologie: The Mechanisms of Body Function (11th ed.). Boston: McGraw-Hill Higher Education.