21.3: Сигналы поверхности клеток

Нерастворимые в липидах (растворимые в воде) гормоны или любая молекула, связывающаяся с рецептором, известная как лиганд, не могут диффундировать через клеточную мембрану. Чтобы иметь возможность воздействовать на клетку, не проникая в нее, эти гормоны связываются с рецепторами на клеточной мембране. Когда первый мессенджер, гормон, связывается с рецептором, запускается каскад сигналов, в результате чего активируются вторичные мессенджеры, белки внутри клетки, что приводит к последующим эффектам.

Разнообразие семейств рецепторов

Рецепторы клеточной мембраны состоят из трех частей: внешнего лиганд-связывающего домена, трансмембранного домена и внутреннего домена. Существует три категории рецепторов клеточных мембран в зависимости от согласованности структуры и функции этих доменов в каждой категории.

Одна категория - это управляемые лигандом ионные каналы, которые при связывании с лигандом претерпевают конформационные изменения, позволяя ионам проходить через канал, образованный трансмембранной частью рецептора.

Вторая категория - рецепторы, связанные с G-белками, которые имеют отличную структуру с семью трансмембранными доменами. Связывание внешнего домена с лигандом заставляет альфа-субъединицу, одну из трех субъединиц, прикрепленных к внутренней части рецептора, отделяться от рецептора и вызывать клеточный ответ.

Третья категория рецепторов, связанный с ферментом рецептор, также называемый каталитическими рецепторами, имеет внутриклеточный домен, который либо связан с ферментом, либо сам является ферментом. Когда лиганд связывается с внеклеточной областью, внутриклеточный фермент становится активным, активируя другие белки внутри клетки.

Когда рецепторы выходят из строя

Рецепторы клеточной мембраны имеют фундаментальное значение для функционирования клетки. Поэтому неудивительно, что многие заболевания являются прямым результатом неправильного функционирования рецепторов клеточных мембран. Например, холера развивается, когда рецептор, связанный с G-белком, не работает в клетках, выстилающих тонкий кишечник.

Передача сигнала

Процесс преобразования внеклеточного стимула во внутриклеточный ответ известен как трансдукция сигнала. Это многоступенчатый процесс, включающий связывание лиганда с рецептором, что приводит к нескольким молекулярным взаимодействиям внутри клетки. Эти взаимодействия могут усложняться, потому что каждый шаг зависит от множества других реакций. Это форма проверки, чтобы убедиться, что происходит правильная клеточная активность. Это также часто усиливает реакцию.

Некоторые гормоны, например, не жирорастворимые, как окситоцин, не могут рассеиваться через мембрану клетки. Вместо этого они должны быть связаны с рецепторами на поверхности клетки. При связке, гормон, который можно считать первым мессенджером, активирует сигнальный каскад.

Например, когда связанный с G-белком рецептор, или GPCR, активируется первым мессенджером на внешней стороне клеточной мембраны, на внутренней стороне фермент, такой как фосфолипаза C, гидролизует мембранный фосфолипид PIP2 в IP3 и DAG, два разных вторичных мессенджера. После формирования IP3 перемещается от мембраны клетки к эндоплазматической мембране, где он привязывается к синхронизированному по IP3 кальциевому каналу, высвобождая ионы кальция, третий вторичный мессенджер, в цитоплазму и индуцируя изменения, такие как мышечное сокращение. Таким образом, гормон может повлиять на клетку, в которую он даже не входит, активируя ряд клеточных процессов, в зависимости от присутствующих лигандов и рецепторов.