21.3: Sygnalizacja na powierzchni komórki

Hormony — lub jakakolwiek cząsteczka wiążąca się z receptorem, znanym jako ligand — które są nierozpuszczalne w lipidach (rozpuszczalne w wodzie), nie są w stanie dyfundować przez błonę komórkową. Aby móc oddziaływać na komórkę bez wchodzenia do niej, hormony te wiążą się z receptorami na błonie komórkowej. Kiedy pierwszy przekaźnik, hormon, wiąże się z receptorem, uruchamia się kaskada sygnałowa, powodując aktywację wtórnych przekaźników, białek wewnątrz komórki, co skutkuje dalszymi efektami.

Różne rodziny receptorów

Receptory błony komórkowej składają się z trzech części: zewnętrznej domeny wiążącej ligand, domeny transbłonowej i domeny wewnętrznej. Istnieją trzy kategorie receptorów błony komórkowej w oparciu o spójność struktury i funkcji tych domen w każdej kategorii.

Jedną kategorią są kanały jonowe bramkowane ligandem, które po związaniu z ligandem ulegają zmianie konformacyjnej, przepuszczając jony przez kanał utworzony przez przezbłonową część receptora.

Druga kategoria to receptory sprzężone z białkami G, które mają odrębną strukturę z siedmioma domenami transbłonowymi. Wiązanie domeny zewnętrznej z ligandem powoduje, że podjednostka alfa, jedna z trzech podjednostek przyłączonych do wewnętrznej części receptora, oddziela się od receptora i tworzy odpowiedź komórkową.

Trzecia kategoria receptorów, receptory związane z enzymem—wana także receptorami katalitycznymi—ma domenę wewnątrzkomórkową, która jest albo związana z enzymem, albo sama jest enzymem. Kiedy ligand wiąże się z regionem zewnątrzkomórkowym, enzym wewnątrzkomórkowy staje się aktywny, aktywując inne białka w komórce.

Kiedy receptory psują się

Receptory błony komórkowej mają fundamentalne znaczenie dla funkcjonowania komórki. Nic więc dziwnego, że wykazano, że wiele chorób jest bezpośrednim skutkiem nieprawidłowego funkcjonowania receptorów błony komórkowej. Na przykład cholera rozwija się, gdy w komórkach wyściełających jelito cienkie zostaje wyłączony receptor sprzężony z białkiem G.

Transdukcja sygnału

Proces przekształcania bodźca zewnątrzkomórkowego w odpowiedź wewnątrzkomórkową nazywany jest transdukcją sygnału. Jest to wieloetapowy proces obejmujący wiązanie ligandu z receptorem, co skutkuje kilkoma interakcjami molekularnymi w komórce. Interakcje te mogą się skomplikować, ponieważ każdy krok zależy od wielu innych reakcji. Jest to forma weryfikacji, która pozwala upewnić się, że zachodzi prawidłowa aktywność komórkowa. To często wzmacnia reakcję.

Niektóre hormony, takie jak te, które są nierozpuszczalne w lipidach, takie jak oksytocyna, nie mogą dyfundować przez błonę komórkową. Zamiast tego muszą wiązać się z receptorami na powierzchni komórki. Po związaniu hormonu, uważanego za pierwszego przekaźnika, aktywuje kaskadę sygnalizacyjną.

Na przykład, gdy receptor sprzężony z białkiem G lub GPCR jest aktywowany przez pierwszego przekaźnika na zewnątrz błony komórkowej, wewnątrz enzym, taki jak fosfolipaza C, hydrolizuje błonę fosfolipidową dwa do IP trzy i DAG, dwóch różnych drugich przekaźników.

Po utworzeniu IP three przemieszcza się z błony komórkowej do błony endoplazmatycznej, gdzie wiąże się z kanałem wapniowym z trzema bramkami IP, uwalniając jony wapnia, trzeciego drugiego posłańca do cytoplazmy i wywołując zmiany, takie jak skurcz mięśni.

W ten sposób hormon może wpływać na komórkę, do której nawet nie wchodzi, aktywując szereg procesów komórkowych w zależności od obecnych ligandów i receptorów.