Biofizica - Conf. Dr. Constanta GANEA - Curs 6.2

Receptori si traductori de informatie în membranele biologice, semnalizare intercelulara

Receptorii membranari sunt structuri macromoleculare afl 12212l1119m ate în membrana celulara, care au capacitatea de a recunoaste o molecula semnal din mediul extracelular, numita mesager prim, si de a interactiona cu ea rapid si reversibil. În urma interactiei, celula va sintetiza o alta molecula semnal - mesager secund - care declanseaza raspunsul celular specific. Mesagerul secund poate fi, uneori, chiar complexul receptor - mesager prim. Dintre moleculele cu rol de mesager prim se pot mentiona: mediatorii chimici, hormonii, antigenii, medicamentele, drogurile etc. Mesageri secunzi frecvent întâlniti sunt: acidul adenozin monofosforic ciclic (c-AMP), acidul guanozin monofosforic ciclic (c-GMP), diacil glicerolul (DAG), inozitol trifosfatul (InosP₃).

Semnalizarea intercelulara se realizeaza prin intermediul retelei complexe de receptori membranari si al liganzilor specifici ai acestor receptori, liganzi care reprezinta semnalele.

Etapele semnalizarii intercelulare sunt

Sinteza moleculei semnal

Eliberarea moleculei semnal

Transportul moleculei semnal catre tinta

Detectia semnalului

Raspunsul celular

Desprinderea moleculei semnal de receptor

Clasificarea semnalelor

- semnale endocrine, reprezentate de hormonii produsi în glandele endocrine, secretati în sânge si distribuiti în organism;

- semnale paracrine, generate de celule, actioneaza local în vecinatate; - semnale de contact, necesita contactul intercelular

- semnale nervoase, se transmit de-a lungul axonilor catre celulele tinta;

Clasificarea receptorilor membranari

I. Receptori asociati cu canale ionice (ionotropici)

II. Receptori metabotropici - pot determina sinteza mesagerilor secunzi (prin intermediul unei proteine efectoare), pot fi protein kinaze sau pot activa o protein kinaza

I. Au o zona receptoare de care se leaga mesagerul prim si o zona efectoare prin care comunica senzorului canalului comanda de deschidere sau închidere a portii; în urma activarii afecteaza direct activitatea celulei prin deschiderea nemijlocita a unor canale ionice

II. Mesagerii secunzi sintetizati activeaza o protein kinaza citoplasmatica -influenteaza activitatea celulei în etape: mai întâi are loc o modificare metabolica a celulei. Aceasta poate în final sa duca la deschiderea sau închiderea unui canal ionic ori poate modifica o alta activitate a celulei (de exemplu transcriptia unei proteine ori alt raspuns celular specific).

Exemplu- receptorii care functioneaza prin intermediul proteinelor G: Epinefrina (adrenalina), mesagerul prim, se leaga de receptorul specific (de zona receptoare a acestuia). În urma acestei legari, în urma unei modificari conformationale, receptorul devine apt sa lege o proteina G. Proteina G, alcatuita din 3 subunitati notate a b si g si care în stare libera leaga GDP, sufera la rândul ei o modificare conformationala în urma careia elibereaza GDP si leaga GTP la subunitatea a. Subunitatea a se separa de subunitatile b si g si difuzeaza pâna când întâlneste un efector (zona efectoare), adenilat ciclaza. Prin legare de efector acesta se activeaza si catalizeaza transformarea ATP din celula în c-AMP (mesager secund); c-AMP declanseaza o serie de reactii enzimatice prin care este activata enzima fosforilaza si aceasta din urma determina transformarea glicogenului în glucoza ce este eliberata din celula (raspunsul celular). Dupa activarea efectorului, subunitatea a a proteinei G, prin hidroliza GTP devine inactiva si se recombina cu subunitatile b si g, refacând proteina G. Procesul se poate relua.

Alt exemplu: ciclul biochimic al rodopsinei în excitatia vizuala. Receptorul pentru lumina, rodopsina, leaga în urma fotoactivarii traductina (proteina G) si, în mod analog, traductina activeaza o proteina efectoare (PDE). PDE converteste c-GMP (mesager secund) în GMP. Prin aceasta conversie se închid canalele de Na si Ca. Celula se hiperpolarizeaza si informatia este transmisa creierului pe caile nervoase.

Mesagerul secund c-AMP poate activa o serie de protein kinaze care, la rândul lor, determina în ultima instanta eliberarea de hormoni, neurotransmitatori etc.

Alti receptori folosesc drept mesageri secunzi DAG sau InosP₃ (IP3).

De exemplu, anumiti receptori leaga molecule semnal cum ar fi angiotensina, glucoza, Ach etc si activeaza apoi o proteina G care, la rândul ei, activeaza o enzima numita fosfolipaza C. Substratul acestei enzime este reprezentat de fosfolipide, în special fosfatidil inositol 4-5 difosfat (PIP2). Enzima descompune PIP2 in inositol 1,4,5-trifosfat (IP3), eliberat in citosol, si diaciglicerol (DAG) care ramâne atasat de bistratul lipidic. IP3 se leaga de un receptor specific situat in membrana reticulului endoplasmic, receptor care este un canal de calciu. La legarea IP3 canalul de Ca se deschide. La rândul sau, calciul eliberat poate actiona si el ca mesager secund pentru alte procese celulare. Unul dintre acestea este activarea, împreuna cu DAG, a protein kinazei C- Ca dependente si aceasta poate fosforila diverse proteine. Un alt proces declansat de Ca este activarea calmodulinei care poate apoi interactiona cu alte proteine etc. etc.