Fenomene de transport prin membrana celular
1. Structura membranei celulare
2. Clasificarea modalitilor de transport membranar
3. Transportul pasiv
Difuzie
Difuzie facilitat
Difuzia prin canale ionice i pori
4. Transportul activ
Transportul activ primar
Transportul activ secundar
5. Receptori i traductori de informaie n membranele
biologice
Definiia receptorului
Etapele semnalizrii intercelulare
Clasificarea semnalelor
Tipuri de receptori membranari, exemple
1. Structura membranei celulare
Membrana celular (aprox. 7,5 nm) este un ansamblu de structuri
supramoleculare aflat la periferia celulei (sau a organitelor
celulare) care separ mediul intern de cel extern (celular de
interstiial) i care ndeplinete diferite funcii legate n special de
procese metabolice fundamentale. Membranele vii au proprietile de
semipermeabilitate i selectivitate. Datorit acestor proprieti,
membrana celular nu reprezint o simpl barier care separ 2 medii cu
proprieti diferite, ci o structur activ care asigur:
- transportul unor molecule, ioni, macromolecule, complexe
supramoleculare, dintr-o parte n alta a ei;
- traducere i transfer de informaie adus de diferii stimuli
(mecanici, electrici, electromagnetici, chimici, termici etc.) prin
receptorii specifici pe care i conine;
- interconversia diferitelor forme de energie, prin enzimele sau
complexele enzimatice pe care le conine.
Actualmente se accept c, n general, structura membranei celulare
este cea descris de modelul mozaicului fluid proteolipidic al lui
Nicholson i Singer (1972). Conform acestui model, membrana este
format dintr-un bistrat lipidic, n care sunt inserate proteine i
glicoproteine (figura ( W.H. Freeman and Sinauer Associates:
http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/)).
Bistratul lipidic este constituit n special din fosfolipide (
W.H. Freeman and Sinauer Associates:
http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/) (fosfatidilcolin,
fosfatidilserin, fosfatidilinositol etc.) dar sunt prezente i
glicolipide i colesterol.
Moleculele lipidice sunt amfifile. Ele au un cap polar
(extremitate polar) i o extremitate hidrofob (dou lanuri de
hidrocarburi - cozi hidrofobe)(figura ( W.H. Freeman and Sinauer
Associates: http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/)). Moleculele de
acest tip se organizeaz spontan, pe baza principiului de minimizare
a energiei poteniale, astfel nct cozile lor hidrofobe s evite
contactul cu apa. Ele realizeaz:
- structuri micelare (figura, figura)
- bistraturi (vezicule membranare sau membrane
plane)(figura)
n acest fel, ntre cozile hidrofobe iau natere legturi hidrofobe,
iar capetele polare sunt expuse mediului apos. Bistratul lipidic
este o structur dinamic, prezentnd fluiditate: moleculele lipidice
execut micri de translaie i rotaie. De exemplu:
- translaie n stratul n care se afl (difuzie lateral)
- rotaie n jurul propriei axe
- basculare dintr-un monostrat n cellalt
- flexie (ndoire) (figura)
Proteinele membranare, n funcie de modul n care se nsereaz n
membrane sunt:
a) - proteine intrinseci (integrale) - traverseaz membrana
celular o dat (glicoforina) sau de mai multe ori (exemplu -
proteinele transportoare, pompe ionice constituite din mai multe a
helixuri)
Clasificarea proteinelor integrale:
Pompe ionice enzime - utilizeaz diverse surse de energie
predominant ATP pentru a deplasa ionii (mai ales cationi) i ali
solvii prin membrana celular. n general stabilesc gradieni de
concentraie ai speciilor respective de-o parte i alta a membranei.
Sunt implicate n transportul activ primar.
Transportori proteine (enzyme like) care asigur ci pasive de
deplasare a diferitelor specii de solvii prin membrane conform
gradientului lor electrochimic (de la concentraie mai mare spre
concentraie mai mic). Unii dintre acetia, transportori uniport,
asigura difuzia facilitat, tip de transport pasiv. O alt categorie
etse implicat n transportul activ secundar, respectiv translocarea
unei specii conform gradientului electrochimic este insoit de
translocarea altei specii contra gradientului su electrochimic.
Canale ionice structuri proteice care au in interior un canal cu
specificitate ionic, ce poate s se deschid i s se nchid
tranzitoriu. Cand canalul este deschis, prin el va trece un flux de
ioni cu orientare net n sensul gradientului electrochimic. n acest
fel se pot controla valorile potenialului electric transmembranar i
pot fi generate semnale electrice n diferite tipuri de celule
(nervoase, musculare, glandulare). Asigur transportul pasiv al
ionilor.
b) - proteine extrinseci (periferice) - ptrund n membran pe o
anumit distan, pe una din cele dou fee, sau sunt ataate la suprafaa
membranei (receptorii membranari, proteine cu rol imunologic etc.).
Ele pot participa la reacii enzimatice i semnalizare celular, intr
n componena scheletului membranar de la suprafaa citoplasmatic a
celulei, asigur legtura cu citoscheletul).
i proteinele prezint micri de difuzie lateral
(http://bio.winona.msus.edu/berg) i rotaie, ntr-un mod mai
restrictiv (depinznd de interaciunile cu alte proteine).
Membrana se sprijin pe un citoschelet alctuit din proteine
fibrilare (exemplu: spectrina, anchirina i actina fibrilar - n
hematii)(figura). De exemplu, n cazul hematiei (figura), dou
proteine Banda 3 (transportor de anioni) i glicoforina ancoreaz o
reea bidimensional de proteine fibrilare, componenta principal
fiind spectrina. Ankirina se leag att la spectrin ct i la Banda 3.
Filamente scurte de actin cu proteinele asociate formeaz noduri
care interconecteaz reeaua de spectrin. Asigur elasticitatea
membranei plasmatice a hematiei.
Membranele artificiale (model) - permit studiul unor procese
membranare. Asemenea membrane artificiale sunt lipozomii i
bistraturile lipidice, BLM (figura) sau SSM (figura).
2. Clasificarea modalitilor de transport membranar
1. Macrotransport (endocitoza, transcitoza, exocitoza)
(http://bio.winona.msus.edu/berg, ( W.H. Freeman and Sinauer
Associates: http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/)) (figura,
Alberts et al., Molecular Biology of the Cell):
- fagocitoza
- pinocitoza
2. Microtransport (Alberts et al., Molecular Biology of the
Cell)
- pasiv
- activ
Fagocitoza - proces n care celula nglobeaz particule de substan
solid, nvelite n pseudopode (prelungiri citoplasmatice) care
fuzioneaz n spatele lor.
Pinocitoza - nvelirea picturilor de lichid i macromoleculelor
ntr-un bistrat lipidic i formarea de vezicule care fuzioneaz
(http://bio.winona.msus.edu/berg/ANIMTNS/fusionan.gif) cu membrana
celular i astfel pot fi transportate dintr-o parte n cealalt a
membranei.
Exemple: - n terminaiile nervoase i celulele secretorii
(exocitoz)(exemplu: diferii neurotransmitori cum ar fi
acetilcolina, glutamatul etc.)
- trecerea proteinelor plasmatice din snge n spaiul
extravascular - transcitoz prin endoteliul capilar.
3. Transportul pasiv
Transportul pasiv este reprezentat de ctre deplasarea
moleculelor i ionilor n sensul gradientului electrochimic sau de
presiune - aparent fr consum de energie metabolic. Aparent,
deoarece gradientul electrochimic respectiv este rezultatul unor
procese anterioare realizate cu consum de energie.
Prin transport pasiv sistemul are tendina de a ajunge la
echilibru termodinamic. Dac n expresia diferenei de potenial
electrochimic (a se vedea cursul de Biofizica sistemelor disperse)
notm:
c1 = cin, c2 = cex, V1 = Vin, V2 = Vex obinem:
DW = Win - Wex = RT ln cin/cex + zF (Vin - Vex)
Dac DW > 0 - ionii au tendina de a prsi celula.
Dac DW < 0 - ionii au tendina de a ptrunde n celul, dac
membrana este permeabil pentru acetia. Transportul unei specii
ionice nceteaz la echilibru, cnd DW = 0:
E = Vin - Vex = (RT/zF) ln cex/cin - ecuaia Nernst
Exist trei modaliti (figura : W.H. Freeman and Sinauer
Associates: http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/) de transport
pasiv: difuzia simpl, difuzia facilitat i difuzia prin canale i
pori.
Difuzia simpl
Difuzia simpl (http://bio.winona.msus.edu/berg) se produce prin
dizolvarea speciei moleculare transportate n membran (figura :
http://www.biosci.uga.edu/almanac/bio_103/notes/may_13.html) i
depinde de raportul dintre solubilitatea substanei respective n
bistratul lipidic i solubilitatea ei n ap, deci de coeficientul de
partiie b. Cum s-a artat, conform legii lui Fick, n cazul
membranelor coeficientul de permeabilitate P este P = bD/d
Difuzia facilitat
n acest caz, difuzia se realizeaz prin utilizarea unor molecule
transportoare existente n membran sau introduse artificial n
aceasta. Asemenea molecule transportoare au o anumit specificitate,
recunoscnd specia molecular sau ionic pe care o transport. Exist
transportori pentru glucoz, colin, pentru diferii ioni (n acest caz
transportorul se numete ionofor). Transportorii pot distinge
speciile levogire de cele dextrogire. Ei acioneaz n sensul
gradientului electrochimic. Mecanismul de transport se bazeaz pe
proprietatea transportorului de a se putea gsi n dou stari
conformaionale T1 i T2 (figura).
Molecula transportat (substratul S) se leag pe una din feele
membranei (figura (http://bio.winona.msus.edu/berg)). Se produce n
urma legrii o modificare conformaional n starea T2 i situsul de
legare este expus prii opuse cu scderea afinitii pentru specia
respectiv i eliberarea acesteia. Prin eliberare se revine la
conformaia iniial i ciclul se repet. De exemplu, un model pentru
transportul uniport al glucozei este dat n figur. Procesul se
desfoar conform cineticii Michaelis-Menten pentru reaciile
enzimatice. Un exemplu de ionofor este antibioticul valinomicin,
molecul hidrofob care poate ncorpora ionii de K+, translocndu-i
prin membran (i Rb, mai slab). Valinomicina face ca ionii de K+ s
ias din celula bacterian, provocndu-i moartea. Un alt ionofor este
nigericina care permite un schimb neutru K+, H+.
Difuzia prin canale ionice i pori
Canalele ionice sunt proteine specializate care strbat bistratul
i permit trecerea unor substane care nu sunt liposolubile. Permit
trecerea ionilor n ambele sensuri i sunt selective. Porii sunt
structuri neselective, conteaz doar diametrul particulei. Specia
transportat se leag de proteina canal, formnd un complex
enzim-substrat care evolueaz pe baza cineticii Michaelis-Menten.
Pentru ca ionul s treac dintr-o parte n cealalt este necesar ca un
canal s fie deschis (http://pb010.anes.ucla.edu/rp1.htm). n figur
este reprezentat schematic structura unui canal ionic. Filtrul
recunoate un anumit tip de ion i l las s treac n vestibul. Senzorul
primete informaia din exterior, fie din partea unei molecule
receptoare, fie direct de la un semnal electric, i, dac informaia
este corespunztoare, comand deschiderea porii permind ionului s
intre sau s ias din celul, mpins de potenialul su electrochimic. n
anumite situaii, accesul ionului este interzis, chiar dac poarta
este deschis, datorit interveniei inactivatorului I
(http://bio.winona.msus.edu/berg).
Deschiderea i nchiderea canalului sunt rezultatul unei modificri
conformaionale care este comandat printr-un mecanism specific.
Acesta poate fi ;
- electric - modificarea potenialului membranar (ex. canalele de
Na+ (fig. http://bio.winona.msus.edu/berg) , K+ n membrana
axonal);
- chimic (ex. acetilcolina, canalul de Na+, Ca++ controlat de
GMPc n membrana celulelor fotoreceptoare);
- alte mecanisme (de ex. mecanic: canalul de K+ din vrfurile
stereocililor celulelor ciliate din organul lui Corti).
Cnd canalul este deschis are loc o trecere pasiv, preponderent n
sensul gradientului electrochimic. Transportul prin canale poate fi
inhibat cu ajutorul unor blocani specifici cum ar fi unele toxine
(tetrodotoxina inhib funcionarea canalului de Na+ din membrana
axonal, tetraetilamoniul blocheaz canalul de K+). Asemenea blocani
specifici permit studierea proprietilor canalelor sau identificarea
proteinelor canal.
Deosebiri ntre cele dou tipuri de difuzie (facilitat,
canale):
- transportorii au o specificitate mai mare (pot distinge ntre
speciile levogire i dextrogire - n celul pot ptrunde prin difuzie
facilitat numai glucoza dextrogir i aminoacizii levogiri). Pot
transporta mii de ioni/s.
- canalele au o vitez mult mai mare de transport al ionilor
(milioane sau chiar sute de milioane de ioni/s). Atunci cnd au loc
procese care necesit modificri brute ale concentraiei sau
compoziiei ionice (de ex. n producerea influxului nervos) canalele
ionice sunt mai adecvate pentru transportul speciilor implicate n
aceste procese.
- transportorii sunt n numr mult mai mare;
- transportorii pot participa la transportul activ secundar.
4. Transportul activ
Transportul activ este o form de transport care necesit energie
metabolic - cuplare energetic imediat. Se realizeaz n sensul invers
gradientului de potenial electrochimic. Se disting dou forme de
transport activ: transportul activ primar i transportul activ
secundar.
Transportul activ primar
Transportul activ primar se realizeaz cu ajutorul pompelor
ionice membranare, structuri proteice transportoare din clasa
proteinelor integrale. O pomp ionic este caracterizat prin prezena
unui centru activ cu acces alternativ spre partea extracelular i
spre cea citoplasmatic. Accesul este modificat ca urmare a unei
tranziii conformaionale.
Clasificarea pompelor ionice:
- Pompe ionice activate de lumin (proteine retinale cum ar fi
bacteriorodopsina BR sau halorodopsina, proteine Fotoredox)
- ATP-aze ( familia F0F1, familia ATP-azelor de tip P, familia
transportorilor ABC) care folosesc energia provenit din hidroliza
ATP pentru a transloca diferite specii de pe o parte pe alta a
membranei celulare.
Pompe ionice activate de lumin
Cel mai cunoscut i mai bine studiat membru al familiei este
bacteriorodopsina, membru al familiei proteinelor retinale din care
fac parte i rodopsinele vizuale. Bacteriorodopsina este o pomp
protonic activat de lumin, prezent n bacteria Halobacterium
salinarum, i care transport protoni protoni din citoplasm nspre
exteriorul celulei. Gradientul protonic astfel creat activeaz o
ATP-sintaz.
ATP-azele
Familia F0F1 are la rndul su dou subfamilii: F0F1 sau F-ATP-aze-
activeaz sinteza ori hidroliza ATP n funciile de condiiile mediului
i V0V1 sau V-ATPaze- controleaz acidifierea coninutului diferitelor
vezicule transport protoni. Se gsesc n sistemul vacuolar al
eucariotelor.
F- ATP azele se gsesc n eubacterii, mitocondrii, cloroplaste i
utilizeaz gradieni de protoni creai de alte proteine membranare
(redox sau activate de lumin) pentru sinteza ATP (ex. ATP-sintaza).
Au dou pri (figura), F1 globular, solubil n ap, catalizeaz
(subunitile beta) hidroliza sau sinteza ATP n functie de condiii.
Subunitile C sunt cele prin care trec protonii. La trecerea
protonilor se rotete partea globular i prin rotire se stabilete o
conformaie favorabil sintezei de ATP. Invers, cnd exist ATP mult,
acesta este hidrolizat i se elibereaz energie care duce la rotaia
subunitilor C. Astfel este favorizat transportul de protoni.
Mecanismul transportului de protoni n subunitile C nu este
cunoscut.
V-ATP azele sunt exclusiv pompe protonice, nu pot sintetiza ATP,
doar l hidrolizeaz. Au structura asemntoare cu cea a poteinelor
F-type.
Familia ATP-azelor de tip P (ATP-aze E1E2) conine proteine care
produc diveri gradieni transmebranari. Din aceast familie fac parte
pompe ionice bine cunoscute cum ar fi:
Na+, K+-ATP-aza care transport 3Na+ spre exteriorul celulei i
2K+ spre interior. Se gsete n membrana plasmatic celular, genereaz
gradieni de Na+ i K+.
H+, K+ -ATP-aza, transport 1 H+ spre exteriorul celulei contra a
1 K+ spre interiorul celulei, se gsete n membranele plasmatice n
stomac i rinichi, implicat n secreia gastric i duodenal.
Ca++-ATP-aza SERCA, transport 2 Ca++ spre SR ori ER i 2 H+ spre
citosol, se gsete n reticulul sarcoplasmic i endoplasmic, scade
concentraia de Ca++ intracelular.
Ca++-ATP-aza PMCA, transport 1 Ca++ spre exterior contra a 1 H+,
se gsete n membrana plasmatic, scade concentraia de Ca
intracelular.
H+-ATP-aza, transport n afara celulei 1 H+, se gsete n membrana
plasmatic a drojdiilor, plantelor, protozoarelor, genereaz gradient
protonic.
P-ATP-azele pot fi implicate n unele boli, de ex.: mutaii ale
Ca++ATP-azei induc rigiditate i crampe musculare, ale Cu++
ATP-azelor pot fie s provoace sindromul Menks pacienii au deficit
de Cu++, fie boala Wilson, incapacitatea de a elimina Cu++ din
ficat cu efect toxic. n caz de ulcer se folosete Omeprazolul care
inhib H+,K+ ATP-aza gastrica, scznd aciditatea gastric.
Transportorii ABC formeaz familia cea mai larg i diversificat.
Se gsesc n toate organismele. Substratele acestora pot fi ioni
anorganici, zaharuri, aminoacizi, polizaharide complexe, peptide si
chiar proteine. Unii dintre acetia pot s fie n acelai timp canale
(CFTR). Menionm dou tipuri:
- CFTR (cystic fibrosis transmembrane conductance regulator)
care permite ionilor de Cl s ias din celul pe baza gradientului lor
electrochimic. Deschiderea canalului este comandat de hidroliza
ATP. NaCl la polul apical al celulelor pulmonare creeaz o presiune
osmotic datorit creia apa din celule este extras prin canalele
pentru ap aquaporinele. Speciile ionice sunt din nou transportate n
celule prin pompa de Na, K, respectiv transportorul Na, K, 2Cl i
circuitul se reia. n acest fel se pstreaz un echilibru hidric ce
permite curaarea de bacterii i secreii a lumenului bronhiolelor. n
lipsa Cl, prin mutaii la nivelul CFTR (nu se exprim o fenilalanin)
plmnul este uscat i se acumuleaz secreii, mucus, prin activitatea
bacteriilor. Apar infecii i nu se mai pot face corect schimburile
de gaze. Boala se numete fibroz cistic sau mucoviscidoz i se termin
prin moarte.
- MDR1 i MDR2 (multiple drug resistance proteins). Pot
transporta o multitudine de molecule hidrofobe, molecule care pot
intra n celul prin bistratul lipidic i care pot fi toxice pentru
aceasta. MDR scot afar aceste molecule. Dar asemenea molecule pot
fi i medicamentele utilizate n chimioterapie. Celulele canceroase
pot s supraexprime asemenea transportori reducnd eficiena
chimioterapiei.
Cea mai cunoscut pomp ionic este Na+,K+- ATP-aza (figura). Este
alctuit din patru subuniti proteice (2 subuniti a i 2 subuniti b);
subunitatea a are activitate ATP-azic. Hidroliza ATP furnizeaz
energia care permite translocarea a 3 ioni de Na n exteriorul
celulei i a doi ioni de K n interior
(http//:bio.winona.msus.edu/berg/ANIMTNS). Este o pomp electrogenic
ntruct are ca rezultat un transfer net de o sarcin pozitiv per
ciclu n exteriorul celulei.
Conform schemei Albers-Post, n esen mecanismul de transport este
urmtorul:
Enzima n conformaia E1 ia Na+ pe partea citoplasmatic i leag ATP
(n prezena Mg++). ATP este hidrolizat, complexul fosforilat sufer o
tranziie conformaional E1 - E2 n urma creia scade afinitatea pentru
Na+ i crete afinitatea pentru K+. Ionii de Na+ se desprind, se
ataeaz ionii de K+. Are loc o defosforilare i n urma acesteia
proteina pierde afinitatea pentru K+. Se desprind ionii de K+ i
enzima revine n conformaia iniial E1 (figura).
Alte exemple de pompe ionice sunt pompa de H+, K+ din mucoasa
gastric, pompa de Ca++ din reticulul sarcoplasmic sau pompa
protonic bacteriorodopsina (sub aciunea luminii pompeaz protoni din
interiorul n exteriorul celulei).
Transportul activ secundar
Transportul activ secundar const din ptrunderea speciilor
transportate ntr-un compartiment (extracelular sau intracelular)
mpotriva gradientului lor electrochimic, prin asocierea cu molecule
care se deplaseaz normal conform propriului lor gradient de
concentraie. Gradientul este, ns, meninut prin transport activ
primar. Transportorul ntlnit n difuzia facilitat poate lega cele
dou molecule fie n aceeai stare conformaional (pe aceeai parte) -
simport sau co-transport, fie pe cele dou pri, n stri
conformaionale diferite - antiport (contra-transport).
n simport (http://bio.winona.msus.edu/berg) - enzima leag pe
aceeai parte, n conformaia T1, ambele specii i sufer tranziia T1 -
T2 numai dup legarea ambelor.
Exemplu: glucoza n celulele mucoasei intestinale se asociaz cu
Na+ care intr pasiv. Ionii de Na+ sunt eliminai activ prin
transport primar, prin hidroliza ATP, iar glucoza rmne. Transportul
este electrogenic deoarece are ca rezultat net transportul unei
sarcini pozitive dintr-o parte a membranei n cealalt.
n antiport (http://bio.winona.msus.edu/berg) proteina
transportoare leag n starea T2 un alt ion dect cel care sufer
difuzia facilitat, care va fi evacuat n compartimentul n care
potenialul lui electrochimic este mai mare. Exemplu: muchiul
cardiac - antiport 3 Na+/ 1 Ca++ - este electrogenic (sarcina net
+1). Asigura concentraia sczut a Ca++ n interior pe seama pomprii
active a Na+de ctre Na+,K+- ATP-aza. Un alt exemplu: transportorul
de 1 Na+/2 H+ din membrana bacteriei E. coli.
5. Receptori i traductori de informaie n membranele
biologice
Definiia receptorului
Receptorii membranari sunt structuri macromoleculare aflate n
membrana celular, care au capacitatea de a recunoate o molecul
semnal din mediul extracelular, numit mesager prim, i de a
interaciona cu ea rapid i reversibil
(http://bio.winona.msus.edu/berg/ANIMTNS/Recep.htm). n urma
interaciei, celula poate sintetiza o alt molecul semnal mesager
secund care declaneaz rspunsul celular specific. Mesagerul secund
poate fi, uneori, chiar complexul receptor mesager prim. Dintre
moleculele cu rol de mesager prim se pot meniona: mediatorii
chimici, hormonii, antigenii, medicamentele, drogurile etc.
Mesageri secunzi frecvent ntlnii sunt: acidul adenozin monofosforic
ciclic (c-AMP), acidul guanozin monofosforic ciclic (c-GMP), diacil
glicerolul (DAG), inozitol trifosfatul (InosP3).
Semnalizarea intercelular se realizeaz prin intermediul reelei
complexe de receptori membranari i al liganzilor specifici ai
acestor receptori, liganzi care reprezint semnalele.
Etapele semnalizrii intercelulare
1. Sinteza moleculei semnal
2. Eliberarea moleculei semnal
3. Transportul moleculei semnal ctre int
4. Detecia semnalului
5. Rspunsul celular
6. Desprinderea moleculei semnal de receptor
Clasificarea semnalelor
(Figurile sunt din: Alberts et al., Molecular Biology of the
Cell, 2002),
- semnale endocrine, reprezentate de hormonii produi n glandele
endocrine, secretai n snge i distribuii n organism;
- semnale paracrine, generate de celule, acioneaz local n
vecintate;
- semnale de contact, necesit contactul intercelular;
- semnale nervoase, se transmit de-a lungul axonilor ctre
celulele int;
- semnale autocrine (celulele secret molecule semnal care se
leag de receptorii proprii). Clasificarea receptorilor
membranari
I. Receptori asociai cu canale ionice (ionotropi)
II. Receptori care acioneaz prin intermediul proteinelor G
III. Receptori legai de enzime (sunt fie ei nii enzime, fie sunt
asociai cu enzime pe care le activeaz). Enzimele respective sunt, n
marea lor majoritate, protein kinaze.
Receptorii din ultimele dou clase mai sunt numii i receptori
metabotropi.
Receptorii ionotropi
Receptorii asociai cu canale ionice au o zon receptoare de care
se leag mesagerul prim i o zon efectoare prin care comunic
senzorului canalului comanda de deschidere sau nchidere a porii; n
urma activrii afecteaz direct activitatea celulei prin deschiderea
nemijlocit a unor canale ionice. Exemplu: receptorul nicotinic de
acetilcolin. Prin legarea Ach de subunitile a ale receptorului, are
loc o modificare conformaional n urma creia canalul interior format
de cele 5 subuniti se deschide i permite trecerea nestingherit a
ionilor.
Receptorii care funcioneaz prin intermediul proteinelor G
Receptorii care acioneaz prin intermediul proteinelor G sunt
receptori metabotropi care pot determina sinteza mesagerilor
secunzi (prin intermediul unei proteine efectoare). Un exemplu ar
fi receptorul de epinefrin. Epinefrina (adrenalina), mesagerul
prim, se leag de receptorul specific (de zona receptoare a
acestuia). n urma acestei legri, n urma unei modificri
conformaionale, receptorul devine apt s lege o protein G. Proteina
G, alctuit din 3 subuniti notate a, b i g, i care n stare liber
leag GDP, sufer la rndul ei o modificare conformaional n urma creia
elibereaz GDP i leag GTP la subunitatea a. Subunitatea a se separ
de subunitile b i g i difuzeaz pna cnd ntlnete un efector (zona
efectoare), adenilat ciclaza. Prin legare de efector acesta se
activeaz i catalizeaz transformarea ATP din celul n c-AMP (mesager
secund); c-AMP declaneaz o serie de reacii enzimatice prin care
este activat enzima fosforilaz i aceasta din urm determin
transformarea glicogenului n glucoz ce este eliberat din celul
(rspunsul celular). Dup activarea efectorului, subunitatea a a
proteinei G, prin hidroliza GTP devine inactiv i se recombin cu
subunitile b i g, refcnd proteina G. Procesul se poate relua.
Alt exemplu: ciclul biochimic al rodopsinei n excitaia vizual.
Receptorul pentru lumin, rodopsina, leag n urma fotoactivrii
traductina (protein G) i, n mod analog, traductina activeaz o
protein efectoare (PDE). PDE convertete c-GMP (mesager secund) n
GMP. Prin aceast conversie se nchid canalele de Na i Ca. Celula se
hiperpolarizeaz i informaia este transmis creierului pe cile
nervoase.
Mesagerul secund c-AMP poate activa o serie de protein kinaze
care, la rndul lor, determin n ultim instan eliberarea de hormoni,
neurotransmitori etc.
Ali receptori folosesc drept mesageri secunzi DAG sau InosP3
(IP3)(schema).
De exemplu, anumii receptori leag molecule semnal cum ar fi
angiotensina, glucoza, Ach etc i activeaz apoi o protein G care, la
rndul ei, activeaz o enzim numit fosfolipaza C. Substratul acestei
enzime este reprezentat de fosfolipide, n special fosfatidil
inositol 4-5 difosfat (PIP2). Enzima descompune PIP2 in inositol
1,4,5-trifosfat (IP3), eliberat in citosol, i diaciglicerol (DAG)
care rmne ataat de bistratul lipidic. IP3 se leag 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 rndul sau, calciul eliberat poate aciona si el ca mesager secund
pentru alte procese celulare. Unul dintre acestea este activarea,
mpreun cu DAG, a protein kinazei C- Ca dependente i aceasta poate
fosforila diverse proteine. Un alt proces declanat de Ca este
activarea calmodulinei care poate apoi interaciona cu alte proteine
etc. etc.
Receptori asociai cu enzime
III. Se activeaz o protein kinaz citoplasmatic (schema)(alt
schem). Activitatea celulei este influenat n etape: mai nti are loc
o modificare metabolic a celulei. Aceasta poate n final s duc la
deschiderea sau nchiderea unui canal ionic ori poate modifica o alt
activitate a celulei (de exemplu transcripia unei proteine ori alt
rspuns celular specific). Exemplu: receptorul de insulin poate
activa o tirozin kinaz, se fosforileaz alte proteine i n final se
produce rspunsul celular care poate fi creterea permeabilitii
pentru glucoz.