Рецепторні функції мембран - студопедія

Всі клітини повинні володіти системами, що дозволяють визначати стан і зміни навколишнього середовища, щоб адаптуватися до них. Ці системи являють собою різноманітні рецепторні молекули, які розташовуються в поверхневих структурах, найчастіше - в плазматичних мембранах, рідше - в клітинних стінках, причому у грамнегативнихбактерій - в зовнішній мембрані. Функція рецепторних молекул і їх асоціацій полягає у взаємодії з позаклітинними компонентами та ініціювання специфічного клітинного відповіді.

Рецепторні молекули в більшості випадків представлені білками, але цю роль можуть виконувати і інші молекули, наприклад гліколіпіди, глікопротеїни або сфінголіпіди. Так, показано, що гангліозиди служать місцем зв'язування холерного і правцевого токсинів, а також беруть участь в регуляції процесів клітинного росту і диференціювання.

Серед величезного розмаїття клітинних рецепторів можна виділити кілька основних типів. У поверхневих структурах бактеріальних, дріжджових, тварин клітин присутні рецептори, що визначають здатність клітин розпізнавати один одного, взаємодіяти, утворюючи скупчення, а також зв'язуватися з нерозчинними компонентами позаклітинного матриксу. Прикладом рецепторів вказаного типу служать білкові ворсинки, виявлені у патогенних штамів E. coli, які викликають інфекційні захворювання сечових шляхів людини. Ворсинки кріпляться в зовнішній мембрані і містять на кінці рецепторний білок - адгезин, здатний специфічно зв'язуватися з дігалактозідсодержащімі гліколіпідами. Ці ліпіди присутні на поверхні епітеліальних клітин, що вистилають сечові шляхи, де розмножуються бактерії.

Інший клас рецепторів представлений молекулами, розташованими в плазматичних мембранах організмів і зв'язують поживні речовини і метаболіти. Ці рецептори беруть участь в процесах ендо- та екзоцитозу, визначаючи специфічність цих видів транспорту.

Більш складні рецепторні реакції супроводжуються зв'язуванням рецептора з метаболітом, гормоном або нейромедіатором, передачею сигналу всередину клітини і таким потім клітинною відповіддю. До подібного класу рецепторів відносяться, наприклад, білки бактерій, відповідальні за хемотаксис. У складі плазматичної мембрани E. coli присутній рецептор для аспартату, який представляє собою трансмембранний білок. Цей білок здійснює зв'язування аспартату, що тягне за собою конформационное зміна в тій частині молекули, яка звернена в цитоплазму. Ця зміна і є сигналом, який змушує опосередкованим чином (через фосфорилювання іншого білкового компонента системи) обертатися джгутики. В результаті клітина переміщається по градієнту концентрації аспартату, отримуючи можливість використовувати його в якості поживного субстрату. Клітинний відповідь на сигнал, обумовлений рецепцією специфічного речовини, може виражатися також в активації транскрипції окремих генів. У таку рецепторну систему входить білок-регулятор, який перебуває, мабуть, в цитоплазмі в розчинній формі. Вважається, що рецептори якимось чином модифікують регуляторні білки, і потім останні активують транскрипцію.

Аналогічним чином відбувається передача сигналу при зв'язуванні ліганда (нейромедіатора або гормону) зі специфічним рецептором на зовнішній поверхні мембрани тваринної клітини. Ця подія ініціює конформаційний перехід в молекулі рецептора і наступний потім каскад подій в клітці, який може включати відкривання каналу (нікотиновий ацетилхолінових рецепторів), фосфорилювання клітинних білків, що супроводжується зміною їх активності, освіта комплексу з G-білками. В останньому випадку G-білки активуються, вивільняються з комплексу і дифундують до клітинних мішенях, викликаючи специфічну відповідь. Однією з найбільш поширених мішеней G-білків є аденилатциклаза (каталізує утворення сАМР). Конформационное зміна цього ферменту призводить до зміни внутрішньоклітинної конценраціі сАМР, який, як відомо (глава 3), служить другим посередником, впливаючи на безліч внутрішньоклітинних процесів.

Нарешті, багато клітини мають в складі мембран рецептори, здатні у відповідь на стимул (зовнішній сигнал) генерувати нервовий імпульс. Нервовий імпульс, що виник в мембрані спеціалізованої рецепторной клітини передається через синапси по відростках доцентрових нервових клітин до центральної нервової системи, а потім по відростках відцентрових нервових клітин - до м'яза або залозі. У клітинах скелетних м'язів при цьому порушується ацетилхолінових рецепторів і виникає потенціал дії. а через короткий проміжок часу (близько 35 мс) відбувається скорочення за рахунок руху актину і міозину внутрішньоклітинних міофібрил.

Спеціалізовані рецепторні клітини у вищих тварин і людини можуть формувати органи чуття. Робота цих органів полягає в зміні електричних характеристик рецепторних клітин у відповідь на специфічний стимул, тобто на властивості клітин генерувати нервовий імпульс. Більш детально ці процеси розглянуті в главі 13 на прикладі функціонування органу зору.