Definicja receptora
Receptor jest białkiem, które wiąże się z określoną cząsteczką. Cząsteczka, z którą się wiąże jest znana jako ligand. Ligandem może być dowolna cząsteczka, od nieorganicznych minerałów do białek tworzonych przez organizm, hormonów i neuroprzekaźników. Ligand łączy się z miejscem wiążącym ligand na białku receptora. Kiedy to wiązanie następuje, receptor ulega zmianie konformacyjnej. Ta zmiana kształtu nieznacznie zmienia funkcję białka. W związku z tym może się wydarzyć wiele rzeczy. Zmiana konformacyjna w receptorze może spowodować, że receptor stanie się enzymem i będzie aktywnie łączył lub rozdzielał pewne cząsteczki.
Zmiana może również spowodować serię zmian w powiązanych białkach, ostatecznie przenosząc jakąś wiadomość do komórki. Wiadomość ta może być wiadomością regulującą metabolizm lub może to być sygnał sensoryczny. Receptor ma pewną zdolność do utrzymywania się przy ligandzie, znaną jako powinowactwo wiązania. Kiedy to przyciąganie się zużyje, receptor uwolni ligand, zmieni swój pierwotny kształt i komunikat lub sygnał zostanie zakończony. Szybkość tego obrotu zależy od siły powinowactwa między receptorem a ligandem.
Inne cząsteczki mogą również przyłączać się do miejsca wiążącego ligand na receptorze. Są one nazywane cząsteczkami agonistycznymi, jeśli naśladują efekt naturalnego liganda. Wiele leków, zarówno wydawanych na receptę, jak i nielegalnych, jest syntetycznymi agonistami cząsteczek takich jak endorfiny, które wywołują uczucie zadowolenia. Jednak te cząsteczki często mają silniejsze powinowactwo do receptora niż naturalny ligand. Oznacza to, że agonista będzie dłużej przylegał do receptora, co jest przyczyną rozwoju tolerancji na niektóre leki i środki przeciwbólowe. Aby uzyskać tę samą liczbę nerwów strzelających, gdy tak wiele jest już zablokowanych przez lek wymaga znacznie większej dawki.
Jeszcze inne cząsteczki mogą działać jak antagoniści, lub cząsteczki, które blokują miejsce wiązania ligandu na receptorze, ale nie pozwalają receptorowi przejść zmianę konformacji. W ten sposób sygnał zostaje całkowicie zablokowany. Niektórzy antagoniści receptora obejmują leki, które są używane do odzwyczajania ludzi od uzależnienia od heroiny i alkoholu. Ich działanie polega na tym, że używanie narkotyku nie sprawia już przyjemności. Innymi antagonistami są pewne białka w jadzie węża, które naśladują białka wiążące płytki krwi. Receptory, które normalnie łączyłyby płytki krwi i zapobiegałyby krwawieniu, są zatem wyłączone. Może to prowadzić do krwawienia wewnętrznego i śmierci. Firmy farmaceutyczne są zainteresowane zarówno agonistami, jak i antagonistami ze względu na ich potencjał do tworzenia skutecznych leków.
Typy receptorów
W ciele ssaków występują dosłownie tysiące różnych typów receptorów. Choć jest ich zbyt wiele, by zacząć je wymieniać, receptory dzielą się na kilka bardzo szerokich kategorii funkcji. Wiele z nich jest wykorzystywanych w „sygnalizacji komórkowej”, która jest ogromnie złożonym systemem sygnałów i odpowiedzi, w których pośredniczą prawie wyłącznie receptory i ligandy, które otrzymują. Należą do nich białka receptorowe wbudowane w błonę komórkową, które aktywują inne sekwencje po otrzymaniu ligandu, oraz receptory występujące w układzie odpornościowym, które są tak skonstruowane, by znajdować intruzów w postaci białek i cząsteczek. Poniżej przedstawiono ogólny model sygnalizacji komórkowej, która może przybierać wiele różnych form.
Innym rodzajem receptora jest bramkowany kanał jonowy, który otwiera specjalne przejście po przyłączeniu liganda i pozwala jonom swobodnie przepływać przez błonę. Z powodu tego działania, napięcie elektryczne, które jest utrzymywane przez membranę jest stracone, a region staje się zdepolaryzowany. Kiedy duże obszary komórek, takie jak neurony, są zdepolaryzowane, generowany jest potencjał czynnościowy. Potencjał ten przemieszcza się w dół nerwu jako sygnał elektryczny. Na końcu neuronu uwalniane są neurotransmitery, które działają jak ligandy na receptory następnej komórki nerwowej. W ten sposób sygnał szybko przemieszcza się po całym organizmie i opiera się na działaniu i odwracalności białek receptorowych.
Jeszcze inne receptory mają wysokie powinowactwo do swojego liganda i są wykorzystywane w takich funkcjach, jak wiązanie komórki z błoną zewnątrzkomórkową i innymi komórkami. Te białka receptorowe nadal zmieniają kształt, gdy ich ligand jest związany, sygnalizując komórce, że jest w kontakcie z innymi komórkami. Różne organizmy wykorzystują to w różny sposób. Zwierzęta wielokomórkowe wykorzystują to do orientacji swoich komórek i zapewnienia połączeń między nimi. Organizmy jednokomórkowe mogą używać tych receptorów do sygnalizowania mechanizmów obronnych lub innych działań, gdy przestrzeń staje się zbyt zatłoczona. Wiele białek receptorowych jest wszechobecnych wśród zwierząt, ponieważ zostały one zachowane w toku ewolucji ze względu na ich niezwykłą użyteczność.
Przykłady receptorów
Odpowiedź na insulinę
Insulina jest niezwykle ważnym hormonem, który pomaga regulować ilość glukozy we krwi. Glukoza jest głównym paliwem dla komórek, ale potrzebuje specjalnej cząsteczki transportowej, Glut4, aby pomóc jej wejść do komórki. Zwróć uwagę na poniższy obrazek.
Jak poziom glukozy we krwi wzrasta, specjalne receptory w trzustce wyczuwają to i zaczynają produkować i uwalniać insulinę do krwiobiegu. Prawie wszystkie komórki w organizmie posiadają białka receptora insuliny. Kiedy te białka receptorowe stykają się z insuliną, wiąże się ona z miejscem wiążącym ligand na białku receptorowym. Powoduje to zmianę konformacyjną w białku. Ta zmiana w receptorze uruchamia serię innych reakcji wywoływanych przez związane z nim białka. Białka te tworzą cząsteczkę posłańca, która wpływa na przemieszczanie się Glut4 do błony komórkowej. Gdy insulina jest obecna, dzieje się to szybko. Pęcherzyki zawierające Glut4 łączą się z błoną, wiążą glukozę i transportują ją do wnętrza komórki. Kiedy insulina znika, zatrzymuje to produkcję insuliny i wyłącza wychwyt glukozy. W proces ten zaangażowane jest nie tylko białko receptora insuliny, ale także wiele innych receptorów wykorzystywanych w reakcjach towarzyszących i w innych komórkach. Jak widać, rola receptora może być dość skomplikowana.
Reakcja na smak
Inny typ receptora można zaobserwować na przykładzie nerwu smakowego. Części tego nerwu wystają do błony śluzowej jamy ustnej. Po zjedzeniu cukru, soli lub innych cząsteczek, rozpuszczają się one w ślinie i są rozprowadzane po całej błonie śluzowej. Każdy z tych ligandów ma różne komórki zawierające specyficzne dla niego receptory. Receptory te są bramkowanymi kanałami jonowymi, tak jak w komórkach nerwowych. Kiedy ligand przyczepia się do nich, pozwalają one jonom na przejście przez błonę. Powoduje to depolaryzację danego obszaru błony. Jeśli jest wystarczająco dużo cząsteczek ligandu, wiele receptorów zostanie aktywowanych za jednym razem, powodując powstanie potencjału czynnościowego.
Ta fala depolaryzacji będzie się przemieszczać w dół komórki nerwowej, aż dotrze na drugą stronę. Tam, specjalne kapsułki zawierające neuroprzekaźniki są rozrywane przez potencjał czynnościowy, uwalniając ligandy do przestrzeni między nerwami. Receptory i następny nerw odbierają ligand i proces zaczyna się od nowa. Proces ten przebiega kilkakrotnie pomiędzy językiem a mózgiem. Sygnał dociera w końcu do ośrodków przetwarzania w mózgu i „słodki” smak zostaje zrozumiany. Wszystko to dzieje się w ułamku sekundy.
Pytanie
1. Który z poniższych elementów jest receptorem?
A. Białko, które obniża energię aktywacji reakcji, jeśli obecny jest substrat
B. Białko, które przyjmuje ligand, wywołując sekwencję innych reakcji
C. Białko strukturalne, które nie wiąże się z innymi cząsteczkami
2. Które z poniższych NIE jest zadaniem receptorów?
A. Odbieranie liganda
B. Przekazywanie sygnału
C. Magazynowanie energii
3. Firma farmaceutyczna opracowuje nowy lek. Lek jest antagonistą receptorów bólu i blokuje odczuwanie bólu. Lek działa, ale firma obawia się, że powinowactwo leku do receptora jest zbyt wysokie. Dlaczego jest to powód do niepokoju?
A. To nie jest powód do niepokoju
B. Wysokie powinowactwo oznacza, że ludzie będą musieli kupić tylko jedną dawkę
C. Lek może pozostać przyłączony do receptora
- Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C. A., Krieger, M., Scott, M. P., Bretscher, A., . . . Matsudaira, P. (2008). Molecular Cell Biology (6th ed.). New York: W.H. Freeman and Company.
- Nelson, D. L., & Cox, M. M. (2008). Zasady biochemii. New York: W.H. Freeman and Company.
- Widmaier, E. P., Raff, H., & Strang, K. T. (2008). Vander’s Human Physiology: The Mechanisms of Body Function (11th ed.). Boston: McGraw-Hill Higher Education.