Мембранные рецепторы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

1. Мембранные рецепторы

2. «Теория боковых цепей» Эрлиха (рецепторная теория)

3. Классификация рецепторов в зависимости от их структуры и функции

3.1 Рецепторы с ферментативной активностью

3.2 Рецепторы, сопряженные с ионными каналами

3.3 Рецепторы, сопряженные с G-белками

3.4 Внутриклеточные рецепторы

4. Механизм передачи сигнала в химических синапсах

4.1 Функциональные элементы химического синапса

4.2 Механизм передачи сигнала в химических синапсах

5. Структурная организация и основные функции клеточных рецепторов

5.1 Выделение и очистка рецепторов

5.2 Молекулярная масса и пространственная структура рецепторов

5.3 Функциональные свойства клеточных рецепторов

Заключение

Введение

К числу фундаментальных проблем науки о биологических мембранах принадлежит проблема клеточных рецепторов. Эти важнейшие мембранные белки начали глубоко изучаться лишь в последние годы, однако за короткий срок накоплен обширный фактический материал, изучение которого существенно для понимания функциональной роли биологических мембран и биологии клетки в целом.

В реферате излагаются основные сведения о клеточных рецепторах: их структурной организации, особенностях строения функционально значимых доменов, молекулярной генетике клеточных рецепторов, биосинтезе и катаболизме. Большое внимание уделено функциональной роли клеточных рецепторов в регуляции биохимических процессов, в том числе транспорта в клетку метаболитов.

1. Мембранные рецепторы

Клетки многоклеточного организма находятся в постоянно изменяющемся микроокружении, поэтому они способны поддерживать свой метаболизм и постоянство внутренней среды благодаря свойству избирательно (специфически) «узнавать» содержащиеся вне клетки вещества. Последние могут принадлежать к индукторам и медиаторам клеточного метаболизма (гормоны, витамины и др.), белкам и пептидам, продуцируемым клеткой во внешнюю среду, а также низкомолекулярным метаболитам. «Узнавание» тех или иных веществ осуществляется с помощью сложных белков (гликопротеины), встроенных в клеточную мембрану. Вне зависимости от природы специфически связываемого ими лиганда эти белки имеют общий план строения: участок, расположенный вне клетки, внутримембранный участок и участок, «погруженный» в цитоплазму. Избирательность связывания такими мембранными белками содержащихся во внешней (по отношении к клетке) среде лигандов дала основание обозначить их как рецепторы. Для обозначения мембранных белков, участвующих в переносе в клетку низкомолекулярных метаболитов (сахара, аминокислоты, пуриновые и пиримидиновые основания и пр.), используют термин транспортный белок, или транспортер.

Таким образом, избирательное связывание лигандов рецепторными белками осуществляется теми частями их молекул, которые расположены вне клетки. Формирование комплекса лиганд-- рецептор запускает цепь биологических реакций, важнейшая роль в которых принадлежит внутриклеточному участку молекулы рецепторного белка. Однако лишь совокупное участие всех структурных элементов молекулы рецептора обеспечивает при участии лиганда реализацию присущих ему функций (эффекторные функции).

В многоклеточных организмах клетки различных органов и тканей отличаются по набору рецепторов. Наряду с идентичными по функциям рецепторами, которые необходимы для обеспечения жизни любой клетки, обнаруживаются также рецепторы, характерные для специализированных клеток. Именно эти рецепторы отражают особенности дифференцировки данной клетки в онтогенезе.

Существование в одном органе различных по происхождению клеток (например, энтодермального и мезодермального происхождения) или клеток единого происхождения, но различной специализации (как Т- и В-лимфоциты) диктует необходимость их функциональной кооперации. Она достигается при участии разнообразных медиаторов и клеточных рецепторов. В этом случае ответственные за кооперативное взаимодействие клеток рецепторы «работают» сообща, обеспечивая выполнение функции, характерной для данного органа или клеточной системы в целом.

Биосинтез клеточных рецепторов контролируется различными индукторами, в числе которых находятся как содержащиеся во внешней среде специфические лиганды, так и другие по строению и функции лиганды. Плотность рецепторов определенной специфичности на клеточной мембране отражает ее способность выполнять функцию, контролируемую данным лигандом. Поэтому определение содержания в организме какого-либо биологически активного соединения (например, гормона) не дает достаточной информации для того, чтобы судить о его функциональной активности до тех пор, пока не будет установлена плотность рецепторов данного гормона на клеточных мембранах.

Таким образом, изучение клеточных рецепторов может претендовать на необходимую глубину лишь при одновременном исследовании соответствующих лигандов и реакций лиганд -- рецептор. Следует также иметь в виду, что рецепторы служат интегральными компонентами биологических мембран, в силу чего их взаимодействие с лигандами приводит к ряду кооперативных процессов, изменяющих в конечном счете состояние мембраны.

2. «Теория боковых цепей» Эрлиха (рецепторная теория)

Существование на поверхности клеток белков, способных избирательно связывать различные вещества из окружающей клетку среды, было доказано Паулем Эрлихом. Это предположение легло в основу его известной теории боковых цепей, т.е. гипотезы о существовании на клетках разнообразных по специфичности рецепторов.

Если в организм попадают микробы или их токсины, рецепторы могут вступать в связь и с ними. Но так как микробы и токсины клеткой не усваиваются, то эти рецепторы гибнут, утрачиваются для клетки. Вместо них клетка создает новые рецепторы, причем в избыточном количестве. Количество рецепторов может достигнуть такой величины, что клетка не в состоянии будет их все удерживать. Связь между ядром и боковыми цепями настолько ослабеет, что в конце концов часть их оторвется от ядра. В результате -- в крови и других соках организма появятся свободные рецепторы, которые будут вступать во взаимодействие с соответствующими микробами и токсинами, вызвавшими их образование. Следовательно, после однократного перенесения болезни в организме появится такое количество свободных «боковых цепей» (рецепторов), которого будет достаточно для связывания новых порций таких же микробов или токсинов. Это и создает, иммунитет. катаболизм клеточный биохимический

Свободные, избыточные рецепторы и являются, по Эрлиху, антителами.

«Теория боковых цепей» Эрлиха : получила в свое время широкое распространение. Его работы послужили основой для вакцинотерапии -- метода предупреждения болезней путем предохранительных прививок, имеющих целью вызвать появление в организме избыточных свободных рецепторов.

В настоящее время теория боковых цепей большинством ученых оставлена, она уступила место новым более совершенным теориям, но она сыграла колоссальную роль в развитии учения об иммунитете и «а ее основе сделано было немало крупных открытий.

Рецепторы Эрлиха -- клеточные рецепторы, способные специфически распознавать антигены и связывать их; существование антигенсвязывающих рецепторов на поверхности клеток было позже доказано экспериментально.

3. Классификация рецепторов в зависимости от их структуры и функции

В последние 20 лет одновременно с открытием множества новых рецепторов были существенно расширены наши представления о структуре рецепторов и биохимических основах их функционирования. Методами молекулярного клонирования выявлены как совершенно новые рецепторы и их лиганды, так и многочисленные изоформы ранее известных рецепторов. В настоящее время созданы базы данных, посвященные структуре определенных классов рецепторов. Рецепторы, белки-преобразователи и эффекторные белки выделены в чистом виде, а биохимический механизм их действия хорошо изучен. Их можно синтезировать с помощью молекулярно-генетических методов или в культуре клеток (бактерий, грибов), а затем исследовать также с использованием клеточных культур.

В зависимости от структуры и механизма действия рецепторы биологически активных веществ делят на несколько классов. Число этих классов невелико. На сегодняшний день мы имеем по крайней мере элементарные представления о структуре рецепторного и эффекторного доменов в каждом классе, а также о том, каким образом связывание лиганда изменяет функциональное состояние рецептора. Биохимические механизмы действия и структура рецепторов эндогенных регуляторных факторов не отличаются большим разнообразием, поэтому клетки-мишени способны интегрировать разные внешние сигналы, усиливающие или ослабляющие друг друга, и генерировать согласованную ответную реакцию. На рис. 2 схематически изображены структура рецепторов разных классов и компоненты, участвующие во внутриклеточной передаче сигнала (белки-преобразователи).

Рис. 2 - Строение рецепторов биологически активных веществ и механизмы внутриклеточной передачи сигнала от рецепторов эффекторам

По локализации различают мембранные, цитоплазматические и ядерные рецепторы. По другой классификации все рецепторы можно разделить на быстроотвечающие (в пределах миллисекунд) и медленноотвечающие, в пределах нескольких минут или даже часов, что характерно для гормонов, передающих сигнал на внутриклеточные рецепторы. Рецепторы первого типа - интегральные олигомерные белки, содержащие субъединицу, имеющую центр для связывания сигнальной молекулы и центральный ионный канал.

Рецепторы второго типа, локализованные в мембранах и не связанные с каналами, подразделяют на 2 большие группы: каталитические рецепторы, обладающие собственной тирозинкиназной или гуанилатциклазной активностью, и рецепторы, взаимодействующие через G-белок с мембранным ферментом. Связывание лиганда (например, гормона) с рецептором на наружной стороне клеточной мембраны приводит к изменению активности цитоплазматического фермента, который, в свою очередь, инициирует клеточный ответ, т.е. через мембрану переносится информация, а не заряды или какие-либо растворённые молекулы.

В случае цитоплазматических рецепторов через мембрану проходит гормон, а информация о присутствии гормона в клетке с помощью рецептора передаётся в ядро.

Различные клетки организма в зависимости от выполняемых ими функций имеют определённый набор рецепторов. В мембране одной клетки может быть более десятка разных типов рецепторов. Взаимодействуя с рецептором, внеклеточные химические посредники оказывают влияние на метаболизм и функциональное состояние (пролиферация, секреция и т.д.) клеток-мишеней.

3.1 Рецепторы с ферментативной активностью

Самая большая группа рецепторов, обладающих ферментативной активностью, -- это мембранные рецепторы с собственной протеинкиназной активностью. Они фосфорилируют разнообразные эффекторные белки, расположенные с внутренней стороны клеточной мембраны. В результате изменяется функция этих белков или их взаимодействие с другими белками. Одни рецепторы (их большинство) фосфорилируют тирозиновые остатки (рецепторы инсулина, многих цитокинов, пептидов, белков, регулирующих пролиферацию и дифференцировку клеток), другие -- сериновые или треониновые остатки. В самом общем случае рецептор с собственной протеинкиназной активностью состоит из внеклеточного рецепторного домена, трансмембранного домена и внутриклеточного каталитического домена, обладающего протеинкиназной активностью. Отдельные рецепторы помимо каталитического домена могут иметь несколько внутриклеточных регуляторных доменов и доменов, связывающих белки. Некоторые рецепторы с собственной протеинкиназной активностью олигомеризуются при связывании лиганда.

Существует еще один класс рецепторов с протеинкиназной активностью -- это рецепторы, сопряженные с протеинкиназами. Они лишены внутриклеточного каталитического домена,но при взаимодействии с агонистом связывают или активируют на внутренней поверхности мембраны внутриклеточные протеинкиназы. Таковы рецепторы нейротрофических факторов и состоящие из нескольких субъединиц антигенраспознающие рецепторы Т- и В-лимфоцитов. Последние взаимодействуют также с фосфотирозинфосфатазами. Функция других рецепторов, не имеющих внутриклеточного эффекторного домена, возможно, опосредована какими-то другими эффекторными белками.

Сходную структуру имеют и другие рецепторы с собственной ферментативной активностью. К ним относятся, например, рецепторы с собственной фосфотирозинфосфатазной активностью: их внеклеточный домен похож по аминокислотной последовательности на молекулы адгезии. Для многих рецепторов с собственной фосфотирозинфосфатазной активностью эндогенные лиганды не известны. Тем не менее, по данным генетических и биохимических исследований, проведенных на разных типах клеток, ферментативная активность этих рецепторов играет важную роль. Внутриклеточный домен рецепторов предсердного натрийуретического гормона, других натрийуретиче-ских пептидов, а также рецепторов гуанилина обладает собственной гуанилатциклазной активностью и синтезирует цГМФ, выступающий в роли второго посредника. У беспозвоночных рецепторы с собственной гуанилатциклазной активностью служат рецепторами феромонов. Возможно, существуют и другие рецепторы с собственной ферментативной активностью.

3.2 Рецепторы, сопряженные с ионными каналами

Рецепторы некоторых медиаторов непосредственно связаны с ионными каналами, при взаимодействии с лигандом избирательно пропускающими через клеточную мембрану те или иные ионы (хемочувствительные каналы, рецепторы-каналы, ионотропные рецепторы). Передача сигнала осуществляется путем изменения мембранного потенциала. К таким рецепторам относятся N-xoлинорецепторы, ГАМКд-рецепторы, глутаматные и аспартатные рецепторы. Рецепторы, сопряженные с ионными каналами, состоят из нескольких субъединиц, каждая из которых несколько раз пронизывает клеточную мембрану. Благодаря симметричному расположению эти субъединицы образуют ионный канал и совместно регулируют его открывание и закрывание.

3.3 Рецепторы, сопряженные с G-белками

Это довольно большой класс рецепторов, которые взаимодействуют с эффекторами через G-белки (белки, связывающие ГТФ). К нему относятся рецепторы многих биогенных аминов, липидных сигнальных молекул, разнообразных пептидных и белковых лигандов. В качестве эффекторов выступают ферменты (аденилатциклаза, фосфолипаза С) и калиевые и кальциевые мембранные каналы. Большое число и важная физиологическая роль рецепторов, сопряженных с G-белками, делает их прекрасными мишенями для лекарственных средств: на эти рецепторы действует примерно половина всех назначаемых врачами препаратов (исключая антибиотики).

Рецепторы, сопряженные с G-белками, содержат семь трансмембранных а-спиральных доменов. Участком связывания лиганда служит либо карман, который образован внеклеточными петлями, соединяющими трансмембранные домены, либо N-концевой глобулярный рецепторный домен. G-белок связывается с внутриклеточным доменом рецептора. G-белки -- это гетеротримеры, состоящие из а-субъединицы, которая обеспечивает связывание с рецептором и присоединяет ГТФ, и прочного комплекса из в- и y-субъединиц. В результате взаимодействия комплекса лиганд--рецептор с G-белком а-субъединица связывает ГТФ, высвобождается и активирует эффекторные белки, а комплекс, состоящий из в- и у-субъединиц, в свою очередь, может действовать на другие эффекторные белки. G-белок остается активированным до тех пор, пока ГТФ не гидролизуется до ГДФ.

Клетка может нести на своей поверхности до 20 рецепторов, каждый из которых избирательно взаимодействует с одним или несколькими типами G-белков (у разных типов а-субъединицы различаются). Альфа-субъединица способна взаимодействовать с одним или несколькими эффекторными белками, что позволяет согласовывать сигналы от рецепторов разных лигандов с помощью одного G-белка. С другой стороны, один рецептор может запускать несколько механизмов внутриклеточной передачи сигнала, активируя несколько типов G-белков, и воздействовать на разные эффекторные белки через одну и ту же а-субъединицу. Столь сложная система дивергенции и конвергенции сигналов обеспечивает гибкую регуляцию клеточных функций.

3.4 Внутриклеточные рецепторы

Рецепторы стероидных и тиреоидных гормонов, кальцитриола и ретиноидов представляют собой растворимые внутриклеточные ДНК-связывающие белки, регулирующие транскрипцию определенных генов. Эти рецепторы принадлежат к суперсемейству лиганд-чувствительных регуляторов транскрипции, которые относятся к факторам транскрипции. Функция факторов транскрипции регулируется посредством фосфорилирования, взаимодействия с клеточными белками, метаболитами и другими регуляторными компонентами клетки. При связывании с лигандом рецепторы образуют гетеродимеры (с гомологичными клеточными белками) или гомодимеры. Олигомеризация рецепторов с биологически активными веществами играет регуляторную роль. По структуре и механизму действия такие рецепторы весьма сходны, отчасти потому, что состоят из трех относительно независимых доменов. С-концевой рецепторный домен одновременно выполняет ингибирующую функцию: в его отсутствие оставшаяся часть молекулы может почти столь же эффективно активировать транскрипцию, как и комплекс гормон--рецептор. Связывание гормона с рецептором, видимо, устраняет ингибирующее влияние рецепторного домена. Центральный домен взаимодействует с определенными участками ДНК -- гормон-чувствительными регуляторными элементами, которые стимулируют или тормозят транскрипцию соседних генов. Гормон-чувствительные регуляторные элементы ДНК специфичны по отношению к определенным рецепторам: например, во всех генах, транскрипция которых регулируется глюкокортикоидами, последовательность нуклеотидов в этих регуляторных элементах почти одинакова. Функция N-концевого домена менее изучена. В его отсутствие регулирующее действие гормон-рецепторного комплекса на транскрипцию ослабевает. Каждый из трех доменов функционирует в значительной степени независимо от двух других. Наглядный пример тому -- химерные рецепторы. Их гормонсвязывающая и регуляторная активность такая же, как и у рецепторов, от которых был взят соответствующий домен.

4. Механизм передачи сигнала в химических синапсах

Передача сигналов производится в специализированных контактах, называемых синапсами, с помощью молекул-трансмиттеров, называемых нейромедиаторами. Другими словами синапс - это специализированные контакты между нервными клетками или между нервными и эффекторными клетками, используемые для передачи сигналов.

4.1 Функциональные элементы химического синапса

1. Пресинаптическое окончание образуется по ходу разветвления аксона, иннервирующего другую клетку. Главным ультраструктурным элементом пресинаптического окончания являются синаптические пузырьки (везикулы) диаметром около 40 нм. Они расположены преимущественно вблизи периодических утолщений синаптической мембраны, называемых активными зонами. В пресинаптическом окончании содержится несколько тысяч везикул, в каждой из которых имеется от 1000 до 10000 молекул химического вещества, участвующего в передаче влияния через синапс и в связи с этим названного медиатором (посредник). Медиатор образуется либо в теле нейрона, попадая в синаптическую бляшку, пройдя через весь аксон, либо непосредственно в синаптической бляшке. В обоих случаях для синтеза медиатора нужны ферменты, образующиеся в теле клетки на рибосомах.

2. Синаптическая щель имеет ширину 20-50 нм. В ней содержатся межклеточная жидкость и мукополисахаридное вещество в виде полосок, мостиков, которое обеспечивает связь между пре- и постсинаптической мембранами, могут быть ферменты.

3. Постсинаптическая мембрана - это утолщенная часть клеточной мембраны иннервируемой клетки, содержащая белковые рецепторы, имеющие ионные каналы и способные связать молекулы медиатора, вследствие чего возникает активация ионных каналов. В химических синапсах постсинаптическая мембрана рельефна и содержит многочисленные рецепторы.

4.2 Механизм передачи сигнала в химических синапсах

Любой химический синапс, независимо от природы медиатора, активизируется под влиянием ПД (потенциал действия), прибегающего к пресинапсу от тела нейрона. В результате - происходит деполяризация пресинаптической мембраны, что повышает проницаемость кальциевых каналов пресинаптической мембраны и приводит к увеличению входа в пресинапс ионов кальция (Рис. 3).

В ответ на это происходит высвобождение квантов (выход из пресинапса) - 100 - 200 порций (квантов) медиатора. Выйдя в синаптическую щель, медиатор взаимодействует со специфическим рецептором постсинаптической мембраны, что вызывает изменение ионной проницаемости.

Рис. 3 - Строение синапса

В синапсах, в которых осуществляется возбуждение постсинаптической структуры, обычно происходит повышение проницаемости для ионов натрия, что вызывает деполяризацию постсинаптической мембраны. Эта деполяризация получила определенное название: возбуждающий постсинаптический потенциал (ВПСП). Если его величина достаточно велика и достигает критического уровня деполяризации, то генерируется ПД. В тормозных синапсах в результате взаимодействия медиатора с рецепторами, наоборот, происходит гиперполяризация (за счет, например, увеличения проницаемости для ионов калия и хлора). Это называется тормозным постсинаптическим потенциалом (ТПСП). После каждого цикла проведения импульса медиатор разрушается.

5. Структурная организация и основные функции клеточных рецепторов

5.1 Выделение и очистка рецепторов

Клеточные рецепторы принадлежат к числу мембранных белков. Участок молекулы рецептора, пронизывающий цитоплазматическую мембрану, построен из неполярных аминокислот, в силу чего между ним и липидными компонентами мембраны осуществляются гидрофобные взаимодействия. Помимо них рецепторные белки образуют в ряде случаев ковалентные сложноэфирные связи с остатками фосфорной кислоты фосфолипидов мембраны. Тесная связь рецепторного белка с клеточной мембраной диктует необходимость использования для выделения рецепторов солюбилизирующих мембрану детергентов. Далее приведены несколько рецепторных белков.

Рецептор трансферина. Трансферин -- белок, участвующий в транспорте железа. Рецепторы этого белка можно обнаружить на мембране практически всех пролиферирующих клеток млекопитающих. Удобным источником для получения этого рецептора служат клетки множественной миеломы человека или клетки перевиваемой плазмацитомы мышей.

Рецепторы тиротропина. Гормон тиротропин представляет собой гликопротеин, продуцируемый клетками передней доли гипофиза. Рецепторы гормона экспрессируют клетки щитовидной железы. Для очистки рецептора используют частично очищенные клеточные мембраны щитовидной железы свиньи.

Рецепторы эпидермального фактора роста (гормона роста). Рецептор содержится на мембране различных клеток эпидермального и мезодермального происхождения. Одна из эффективных процедур выделения рецептора состоит в использовании иммобилизованных моноклональных антитет против этого белка.

Выделение рецепторов на иммобилизованных лектинах. Многие рецепторы содержат большой углеводный компонент, благодаря чему они эффективно взаимодействуют с растительными белками -- лектинами, связывающими углеводы. Так как лектины избирательно связывают различные по строению сахара, гликопротеины, различающиеся по строению углеводных компонентов, специфически связываются разными лектинами. Одним из первых этот методический прием использовал П.Куатреказас, с целью очистки рецептора инсулина. В настоящее время для выделения указанного рецептора применяют иммобилизованный на агарозе лектин -- агглютинин из проростков пшеницы. Для элюции связанного на сорбенте рецептора используют нейтральные буферные растворы, содержащие N-ацетилглюкозамин и N,N'-диацетилхитобиозу -- сахара, входящие в структуру детерминант, распознаваемых указанным лектином.

При анализе методов, используемых для выделения клеточных рецепторов, обращает на себя внимание стремление к применению максимально щадящих методов на стадии элюции рецептора с сорбента. Так, применение сорбентов с иммобилизованными лактинами для очистки рецептора инсулина продиктовано прежде всего стремлением избежать воздействия на рецепторный белок растворов с низкими значениями pH, концентрированных растворов амидов (мочевина) или других денатурирующих белок веществ. В то же время в кислой среде (или с применением денатурирующих агентов) производится элюция с иммобилизованных лигандов (антигены) различных по специфичности антител, не приводящая к их инактивации. Различие подходов к способам элюции клеточных рецепторов и антител (иммуноглобулины) с иммобилизованных лигандов, выбранных эмпирическим путем, связано с конформационной лабильностью рецепторных белков. Так, для ряда изученных к настоящему времени рецепторов (например, рецептор для эпидермального фактора роста) характерны выраженные изменения конформации при переходе из нейтральной в слабокислую среду.

Наиболее щадящие методы элюции рецепторных белков с иммобилизованных лигандов могут заключаться в вытеснении рецептора с помощью структурного аналога лиганда. Примечателен в этом отношении метод очистки в₂-адренергического рецептора. В качестве сорбента применяют иммобилизованный на СL-сефарозе алпренолол, имеющий выраженное сродство к упомянутому рецептору. Последующую элюцию рецептора с сорбента осуществляли с помощью раствора алпренолола.

5.2 Молекулярная масса и пространственная структура рецепторов

Строение некоторых рецепторов изучено в недостаточной степени, общее заключение может быть сделано. Как правило, рецепторы имеют большую молекулярную массу и достаточно часто состоят из нескольких субъединиц (полипептидные цепи). Молекулярная масса рецепторов колеблется в широких пределах и не зависит от природы и молекулярной массы лиганда. Рецепторы одного и того же лиганда, экспрессируемые различными клетками, могут заметно различаться по структурной организации. Это относится, например, к рецепторам инсулина, а также к рецепторам соматостатина на клетках мозга и поджелудочной железы. Различия в структурной организации как сходных, так и разных по специфичности рецепторов могут быть связаны с различиями в строении не всей молекулы, а лишь одной из их частей. Напротив, внеклеточные участки различных по специфичности рецепторов обладают, видимо, сходством строения. В некоторых случаях различия между рецепторами связаны с их углеводным компонентом.

Функциональная роль полипептидных цепей. Если молекула рецептора построена из нескольких различающихся по строению полипептидных цепей, их вклад в организацию активного центра рецептора, равно как участие в реализации эффекторных свойств, может быть неодинаков. Это положение иллюстрируют данные о строении рецептора инсулина. Одна из цепей этого белка участвует в образовании активного центра, в то время как другая отвечает за эффекторные свойства рецептора. В других рецепторных белках разноименные полипептидные цепи совместно участвуют в формировании активного центра рецептора.

С помощью метода метки по сродству удается оценить вклад в организацию активного центра рецептора боковых аминокислотных остатков полипептидных цепей, образующих его молекулу. Для этого рецепторный белок с ковалентно присоединенным к нему лигандом разделяют на полипептидные цепи и определяют, с какой из цепей связан лиганд. Каким же образом лиганд, содержащий только одну реакционноспособную группу, может оказаться связанным с аминокислотными остатками двух полипептидных цепей, если обе они участвуют в образовании активного центра? Такая возможность существует потому, что при отсутствии стерических ограничений реакционноспособная группировка лиганда способна вступать во взаимодействие с любым подходящим аминокислотным остатком в активном центре, причем вероятность взаимодействия с боковыми остатками соответствующих цепей будет зависеть от их пространственного расположения относительно модифицированного лиганда после связывания его в активном центре.

Метод метки по сродству получил широкое распространение при изучении активных центров антител. Поскольку антигенсвязывающие рецепторы В-лимфоцитов имеют иммуноглобулиновую природу и не отличаются по строению своих активных центров от антител, данные, полученные при изучении последних, приложимы для анализа организации активных центров рецепторов В-лимфоцитов, а также рецепторов другой специфичности.

В связи с этим необходимо отметить, что реакционноспособный лиганд может взаимодействовать как с тяжелой, так и легкой цепью молекулы антитела, но в разных соотношениях. Это соотношение варьирует даже у одинаковых по специфичности антител, продуцируемых разными клетками, и зависит от особенностей строения цепей, которые в свою очередь влияют на расположение в активном центре аминокислотных остатков каждой цепи.

Молекулы рецепторов, образованные парами различающихся или идентичных полипептидных цепей, содержат активные центры, в образование которых тот или иной вклад вносят обе цепи. Именно так устроены активные центры антигенсвязывающих рецепторов В- и Т-лимфоцитов. Сказанное выше приложимо для структуры активного центра рецептора трансферина и рецепторов энкефалина.

Шарнирные участки. Ориентация рецепторов в мембране благоприятствует контакту их внеклеточных участков с водорастворимыми лигандами. Однако эффективность взаимодействия с последними была бы ограничена, не будь у внеклеточных участков рецептора способности изменять свое положение относительно фиксированной внутримембранной части его молекулы. Придать известную гибкость молекуле рецептора могут участки с относительно неупорядоченной структурой, например с высоким содержанием остатков пролина. Такие участки, названные шарнирными, были найдены в молекуле иммуноглобулинов класса G, где они обеспечивают вращение Fab-участков относительно Fc-участка. Изучение гибкости молекул рецепторных белков с помощью физических методов только предстоит осуществить. Поэтому в настоящее время о наличии в них шарнирных участков можно судить на основании косвенных методов -- прежде всего, по наличию в молекуле рецептора участков полипептидных цепей, богатых остатками пролина.

Наличие в рецепторньйх белках шарнирных участков, богатых остатками пролина, можно установить и на основании методов иммунохимического анализа.

Шарнирные участки содержатся в каждом рецепторном белке и имеют определяющее значение для реализации его функции.

5.3 Функциональные свойства клеточных рецепторов

Многообразие рецепторов как по специфичности, так и по эффекторным свойствам создает трудности в описании их наиболее общих функциональных свойств, характеризующих рецепторы как определенный класс биологически активных макромолекул. Данные последних лет позволяют заключить, что общим свойством клеточных рецепторов, от которого зависит реализация их биологических функций, является их способность перемещаться с клеточной поверхности во внутренние части клетки.

Интернализация. Первоначально допускали, что перемещение рецепторов внутрь клетки -- интернализация -- происходит только после связывания рецептором лиганда. Однако в последнее время появились результаты, свидетельствующие о существовании независимой от лиганда интернализации рецепторов.

Факт переноса с помощью рецептора внутрь клетки распознаваемого им лиганда был установлен с использованием либо реакционноспособных лигандов, либо меченных радиоактивным иодом рецепторов. Если клетки, имеющие инсулиновые рецепторы, обработать в темноте (при 4°С) модифицированным инсулином с фотореактивной группой, а затем краткосрочно облучить светом, произойдет ковалентное присоединение инсулина к связавшим его рецепторам. Используя модифицированный инсулин, меченный радиоактивным иодом, можно показать наличие радиомеченого инсулина на клеточной поверхности путем «состригания» белков клеточной мембраны с помощью трипсина.

Однако, если после присоединения к рецепторам инсулина повысить температуру до 37°С и различное время инкубировать клетки при этой температуре, количество инсулина, «состригаемое» трипсином, постепенно снижается вплоть до полного исчезновения. Вместе с тем обработанные трипсином клетки содержат радиоактивную метку. Поскольку инсулин соединен с рецептором ковалентной связью, его поступление внутрь клетки может произойти только вместе с рецептором. Описанный выше эксперимент в различных модификациях использовали для оценки интернализации разных по специфичности клеточных рецепторов.

Какова биологическая (сигнальная) функция лигандов, поступающих в клетку вместе с рецептором, нельзя решить в общем виде ввиду многообразия лигандов. Судя по результатам экспериментов, в которых биологическое действие некоторых гормонов, медиаторов, антигенов на соответствующие клетки-мишени удавалось имитировать с помощью антител, способных «сшивать» между собой молекулы соответствующих рецепторов, сигнальной функцией обладают не лиганды, а распознающие их рецепторы.

Существенно, что присутствие лиганда не влияет на течение событий при интернализации рецепторов. Даже в отсутствие лиганда происходит спонтанная интернализация рецепторов и последующее их возвращение на клеточную поверхность, т. е. рециркуляция рецепторов. Вместе с тем роль лигандов велика в синхронизации процесса интернализации рецепторов. Лиганды осуществляют «сортировку» клеточных рецепторов, обеспечивая избирательную рециркуляцию одних при сохранении на клеточной поверхности большинства других.

Таким образом, следует разграничивать два сходных, по отличающихся по своим последствиям процесса: интернализацию рецепторов, протекающую спонтанно или под действием моновалентного лиганда, и интернализацию рецепторов в агрегированной форме. В последнем случае процесс интернализации связан, по крайней мере, с органиченным расщеплением рецепторов и проявлением биологического действия лиганда, опосредуемого рецептором. Это позволяет предположить, что продукты ограниченного распада рецепторов могут обладать сигнальными функциями, оказывая в каждом случае строго определенное влияние на клеточный метаболизм. Функция собственно лиганда сводится к тому, чтобы обеспечить конформационные изменения в молекуле рецептора и избирательный эндоцитоз рецепторов данной специфичности.

Заключение

Интенсивное исследование рецепторного аппарата клетки в последние годы обязано во многом достижениям мембранологии и в первую очередь получению убедительных данных в пользу того, что путем простой диффузии невозможно проникновение в клетку из внешней среды как низкомолекулярных, так и высокомолекулярных веществ. Стало также очевидным, что мембрана -- один из важнейших органов клетки, регулирующих метаболические процессы посредством встроенных в нее ферментов. Активность последних регулируется различными по своей природе внеклеточными индукторами и медиаторами при участии мембранных рецепторов для этих веществ.

Размещено на Allbest.ru