Понятие о сигнальной молекуле. Клеточные рецепторы

Клетки постоянно обмениваются информацией и взаимодействуют разными способами:

• путем синтеза и выделения химических веществ, улавливаемых другими клетками;

• с помощью специальных сигнальных молекул, связанных с плазматической мембраной и влияющих на другие клетки при их непосредственном контакте;

• путем формирования контактов, которые соединяют цитолеммы взаимодействующих клеток.

Рецепторная функция клетки сформировалась в процессе эволюции для реагирования на сигналы внешней и внутренней среды, позволяющие клетке адаптироваться к изменяющимся условиям существования.

Роль сигналов выполняют разнообразные молекулы (лиганды), вырабатывающиеся в самом организме (гормоны, нейромедиаторы, факторы роста, цитокины), или раздражители, передающие информацию из окружающей среды:

1. химические — вкусовые, пахучие молекулы;

2. физические — свет, звук, температура, электрические потенциалы;

3. физико-химические — осмотическое давление, концентрация ионов, напряжение О2 или СО2;

4. механические — давление.

Структура рецепторов плазмолеммы стандартна и состоит из трех доменов (частей):

• внемембранного, обеспечивающего взаимодействие с лигандом;

• трансмембранного, пронизывающего мембрану, закрепляющего рецептор в мембране и осуществляющего перенос сигнала;

• эндоплазматического, расположенного в субмембранном слое.

Механизм работы рецептора осуществляется последовательно в несколько стадий:

1. рецепторы комплементарно связываются с сигнальными молекулами, которые являются первым посредником («узнают» сигналы и раздражители) между клеткой и окружающей средой;

2. белок-рецептор изменяет свою конформацию;

3. изменение конформации белка-рецептора непосредственно или через систему вторичных посредников запускает каскад биохимических превращений. Вторичный посредник — специальные внутриклеточные белки-ферменты, образующиеся внутри клетки и связанные с цитоплазматической частью рецептора (цАМФ, цГМФ, Са2+ , инозитолтрифосфат, ГТФаза или G-белки);

4. обеспечивается конкретный физиологический ответ клетки на воздействие сигнала.

Типы рецепторов плазмолеммы:

1. первого типа, односегментные, — интегральные мембранные белки, один раз прошивающие мембрану. Связывание лиганда (инсулина, ростовых факторов, цитокинов) с внеклеточным доменом ведет к димеризации трансмембранной части рецептора и активации его цитоплазматического домена, который обладает ферментативной активностью. Запускается каскад реакций, которые изменяют метаболизм клетки;

2. второго типа, лигандзависимые ионные каналы, — интегральные мембранные белки, которые образованы несколькими белковыми субъединицами, специфически пропускающие ионы. Связывание лиганда (нейромедиаторов, глютаминовой кислоты, γ-аминомасляной кислоты, глицина, циклических мононуклеотидов цАМФ и цГМФ) приводит к изменению конформации трансмембранного домена. При этом ионный канал открывается, изменяется ионная проницаемость плазмолеммы и распределение электрических зарядов на мембране;

3. третьего типа, семисегментные, — интегральные мембранные белки, которые семь раз прошивают плазмолемму, образуя спиральные сегменты и внутриклеточные петли, содержащие центры связывания G-белка. Связывание лиганда (гормонов пептидной природы, квантов света) приводит к изменению конформации рецептора и связыванию с вторичным посредником. Его активация, например G-белка, изменяет активность белков-эффекторов, расположенных рядом в цитолемме. Это приводит к открытию или закрытию ионных каналов, активации или ингибированию других вторичных посредников.

В результате работы любого из трех видов рецепторов происходит изменение активности ферментов, а значит, изменение метаболизма клетки (внутриклеточный уровень). Это ведет к перемещению внутриклеточных структур, адгезии или миграции клеток (надклеточный уровень). Таким образом, мембранные рецепторы участвуют в изменении метаболизма в клетке, активации и регуляции сокращения, активации и регуляции секреции, модуляции электрического потенциала за счет изменения проницаемости ионных каналов.

Например, гормон-рецепторный комплекс в форме димера связывается с ядерным рецептором, затем с хроматином ядра инициирует транскрипцию определенных генов. Усиление или подавление синтеза мРНК влечет за собой изменение концентрации специфических белков (ферментов), определяющих ответ клетки на сигнал. Таким образом, ядерные рецепторы участвуют в изменении процессов экспрессии и супрессии генов, контроле синтеза ферментов, рецепторных молекул, регуляции клеточного цикла и дифференцировки клеток, контроле апоптоза.