Трансмембранные рецепторы

Трансмембранные рецепторы — мембранные белки, которые размещаются, и работают не только во внешней клеточной мембране, но и в мембранах компартментов и органелл клетки. Связь с сигнальной молекулой (гормоном или медиатором) происходит с одной стороны от мембраны, а клеточный ответ формируется на другой стороне от мембраны. Таким образом, они играют уникальную и важную роль в межклеточных связях и передаче сигнала.

Многие трансмембранные рецепторы состоят из двух или нескольких субъединиц, которые действуют в совокупности и могут диссоциировать при связывании с лигандом или менять свою конформацию и переходить на следующую стадию цикла активации. Зачастую они классифицируются на основе их молекулярной структуры. Полипептидные цепи простейших из этих рецепторов пересекают липидный бислой лишь один раз, между тем как многие — семь раз (например, связанные с G-белками рецепторы, см. также G-белки).

Рис. 1. Схема трансмембранного рецептора:
E — внеклеточное пространство (extracellular место);
P — клеточная мембрана (plasma обработка и передача сигнала);
I — внутриклеточное пространство (место I=intracellular)

Строение

Внеклеточный домен

Внеклеточный домен — это участок рецептора, который находится вне клетки или органоида (См. рис.1). Если полипептидная цепь рецептора пересекает клетку несколько раз, то внешний домен может состоять из нескольких петель. Основная функция рецептора состоит в том, чтобы опознавать гормон (хотя некоторые рецепторы также способны реагировать на изменение мембранного потенциала), и во многих случаях гормон связывается именно с этим доменом.

Трансмембранный домен

Некоторые рецепторы являются также и белковыми каналами. Трансмембранный домен в основном состоит из трансмембранных α-спиралей. В некоторых рецепторах, таких как никотиновый ацетилхолиновый рецептор, трансмембранный домен формирует мембранную пору или ионный канал. После активации внеклеточного домена (связывания с гормоном) канал может пропускать ионы. У других рецепторов после связывания гормона трансмембранный домен меняет свою конформацию, что оказывает внутриклеточное воздействие.

Внутриклеточный домен

Внутриклеточный, или цитоплазматический, домен взаимодействует с внутренней частью клетки или органоида, ретранслируя полученный сигнал. Существуют два принципиально разных пути такого взаимодействия:

• Внутриклеточный домен связывается с эффекторными сигнальными белками, которые в свою очередь передают сигнал по сигнальной цепи к месту его назначения.
• В случае если рецептор связан с ферментом или сам обладает ферментативной активностью, внутриклеточный домен активирует фермент (или осуществляет ферментативную реакцию).

Классификация

Большинство трансмембранных рецепторов относится к одному из трёх классов, выделяемых по основному механизму трансдукции сигнала. Классифицируют ионотропные и метаботропные трансмембранные рецепторы. Ионотропные рецепторы, или рецепторы, сопряжённые с ионными каналами, участвуют, например, в быстрой передаче синаптических сигналов между нейронами и другими клетками-мишенями, которые могут воспринимать электрические сигналы.

Метаботропные рецепторы передают химические сигналы. Они подразделяются на два больших класса: рецепторы, сопряжённые с G-белками (cм. G-белки), и рецепторы, сопряжённые с ферментами .

Рецепторы, сопряжённые с G-белками, также называются 7TM-рецепторами (seven-transmembrane domain receptors, рецепторы с семью трансмембранными доменами). Это трансмембранные белки с внешним сегментом для связывания лиганда, мембранным сегментом и цитозольным сегментом, связанным с G-белком. В них выделяют шесть классов на основании подобия структуры и функций рецепторов, классы A—F (или 1—6), которые, в свою очередь, подразделяются на множество семейств. К этому классу относятся рецепторы органов чувств и адренорецепторы.

Как и GPCR, рецепторы, сопряжённые с ферментами — это трансмембранные белки, у которых домен связывания с лигандом расположен снаружи мембраны. В отличие от GPCR, их цитозольный домен не сопряжён с G-белком, а сам обладает ферментативной активностью или связывает фермент напрямую. Обычно вместо семи сегментов, как у GPCR, такие рецепторы имеют только один трансмембранный сегмент. Эти рецепторы могут включать те же сигнальные пути, что и GPCR. К этому классу относится, например, инсулиновый рецептор.

Выделяют шесть основных классов рецепторов, сопряжённых с ферментами:

• Рецепторные тирозиновые киназы — могут непосредственно фосфорилировать тирозиновые остатки, как собственные, так и для небольшого набора внутриклеточных сигнальных белков.
• Рецепторы, сопряжённые с тирозинкиназами — сами по себе не является активными ферментами, но непосредственно связывают цитоплазматические тирозинкиназы для передачи сигнала.
• Рецепторные серин-треониновые киназы — могут непосредственно фосфорилировать сериновые или треониновые остатки, как собственные, так и для белков регуляции генов, с которыми они связываются.
• Рецепторы, связанные с гистидиновыми киназами — активируют двухстадийный сигнальный путь, в котором киназа фосфорилирует собственный гистидин и немедленно передаёт фосфат второму внутриклеточному сигнальному белку.
• Рецепторные гуанилатциклазы — прямо катализируют производство молекул цГМФ в цитозоле, которые действуют как небольшой внутриклеточный посредник по механизмам, во многом схожим с цАМФ.
• Рецептороподобные тирозинфосфатазы — удаляют фосфатные группы с тирозинов внутриклеточных сигнальных белков. Они называются рецептороподобными, потому что механизм их действия как рецепторов остается невыясненным.

Регуляция

В клетке существует несколько путей регуляции активности трансмембранных рецепторов, наиболее важными способами являются фосфорилирование и интернализация рецепторов.

См. также

• Белки
• Клеточный рецептор