Figura 4. Moleculele de semnalizare hidrofobe difuzează de obicei pe membrana plasmatică și interacționează cu receptorii intracelulari din citoplasmă., Mulți receptori intracelulari sunt factori de transcripție care interacționează cu ADN-ul din nucleu și reglează expresia genelor.receptorii interni, cunoscuți și sub denumirea de receptori intracelulari sau citoplasmatici, se găsesc în citoplasma celulei și răspund la moleculele ligand hidrofobe care sunt capabile să călătorească prin membrana plasmatică. Odată ajunși în interiorul celulei, multe dintre aceste molecule se leagă de proteine care acționează ca regulatori ai sintezei ARNm (transcripție) pentru a media expresia genelor., Expresia genelor este procesul celular de transformare a informațiilor din ADN-ul unei celule într-o secvență de aminoacizi, care în cele din urmă formează o proteină. Când ligandul se leagă de receptorul intern, se declanșează o schimbare conformațională care expune un situs de legare a ADN-ului pe proteină. Complexul ligand-receptor se deplasează în nucleu, apoi se leagă de regiuni de reglementare specifice ale ADN-ului cromozomial și promovează inițierea transcripției (Figura 4)., Transcrierea este procesul de copiere a informațiilor din ADN-ul unei celule într-o formă specială de ARN numit ARN mesager (ARNm); celula folosește informații în ARNm (care se deplasează în citoplasmă și se asociază cu ribozomi) pentru a lega aminoacizii specifici în ordinea corectă, producând o proteină. Receptorii interni pot influența direct expresia genelor fără a fi nevoie să transmită semnalul altor receptori sau mesageri.,receptorii de suprafață celulară, cunoscuți și sub denumirea de receptori transmembranari, sunt proteine (integrale) de suprafață celulară, ancorate în membrană, care se leagă de moleculele de ligand extern. Acest tip de receptor se întinde pe membrana plasmatică și efectuează transducția semnalului, în care un semnal extracelular este transformat într-un semnal intercelular. Liganzii care interacționează cu receptorii de suprafață celulară nu trebuie să intre în celula pe care o afectează. Receptorii de suprafață celulară sunt, de asemenea, numiți proteine sau markeri specifici celulelor, deoarece sunt specifici tipurilor individuale de celule.,fiecare receptor de suprafață celulară are trei componente principale: un domeniu extern de legare a ligandului, o regiune hidrofobă care acoperă membrana și un domeniu intracelular din interiorul celulei. Domeniul de legare a ligandului este numit și domeniul extracelular. Mărimea și amploarea fiecăruia dintre aceste domenii variază foarte mult, în funcție de tipul de receptor.deoarece proteinele receptorilor de suprafață celulară sunt fundamentale pentru funcționarea normală a celulelor, nu ar trebui să fie o surpriză faptul că o defecțiune a uneia dintre aceste proteine ar putea avea consecințe grave., Erori în structurile proteice ale anumitor molecule de receptor s-au dovedit a juca un rol în hipertensiune arterială (hipertensiune arterială), astm, boli de inimă și cancer.spre deosebire de celulele vii, mulți viruși nu au o membrană plasmatică sau oricare dintre structurile necesare pentru a susține viața. Unele virusuri sunt pur și simplu compuse dintr-o coajă de proteine inerte care conține ADN sau ARN. Pentru a se reproduce, virușii trebuie să invadeze o celulă vie, care servește ca gazdă, apoi să preia aparatul celular al gazdei. Dar cum își recunoaște un virus gazda?,

virusurile se leagă adesea de receptorii de suprafață celulară de pe celula gazdă. De exemplu, virusul care provoacă gripa umană (gripa) se leagă în mod specific de receptorii de pe membranele celulelor sistemului respirator. Diferențele chimice ale receptorilor de suprafață celulară între gazde înseamnă că un virus care infectează o anumită specie (de exemplu, oamenii) nu poate infecta o altă specie (de exemplu, puii).cu toate acestea, virusurile au cantități foarte mici de ADN sau ARN în comparație cu oamenii și, ca urmare, reproducerea virală poate apărea rapid., Reproducerea virală produce invariabil erori care pot duce la modificări ale virusurilor nou produse; aceste modificări înseamnă că proteinele virale care interacționează cu receptorii de suprafață celulară pot evolua astfel încât să se poată lega de receptorii dintr-o nouă gazdă. Astfel de modificări se întâmplă la întâmplare și destul de des în ciclul reproductiv al unui virus, dar modificările contează numai dacă un virus cu noi proprietăți de legare intră în contact cu o gazdă adecvată. În cazul gripei, această situație poate apărea în situații în care animalele și oamenii sunt în contact strâns, cum ar fi fermele de păsări de curte și porcine., Odată ce un virus sare la o nouă gazdă, se poate răspândi rapid. Oamenii de știință urmăresc îndeaproape virușii care apar recent (numiți viruși emergenți), în speranța că o astfel de monitorizare poate reduce probabilitatea epidemiilor virale globale.receptorii de suprafață celulară sunt implicați în cea mai mare parte a semnalizării în organismele multicelulare. Există trei categorii generale de receptori de suprafață celulară: receptori legați de canale ionice, receptori legați de proteina G și receptori legați de enzime.

Figura 5., Canalele ionice închise formează un por prin membrana plasmatică care se deschide atunci când molecula de semnalizare se leagă. Porul deschis permite apoi ionilor să curgă în sau din celulă.receptorii legați de canalele ionice leagă un ligand și deschid un canal prin membrană care permite trecerea ionilor specifici. Pentru a forma un canal, acest tip de receptor de suprafață celulară are o regiune extinsă de membrană. Pentru a interacționa cu cozile de acid gras fosfolipid care formează centrul membranei plasmatice, mulți dintre aminoacizii din regiunea care acoperă membrana sunt de natură hidrofobă., În schimb, aminoacizii care aliniază interiorul canalului sunt hidrofili pentru a permite trecerea apei sau a ionilor. Când un ligand se leagă de regiunea extracelulară a canalului, există o modificare conformațională a structurii proteinelor care permite trecerea ionilor precum sodiu, calciu, magneziu și hidrogen (Figura 5).receptorii legați de proteinele G leagă un ligand și activează o proteină membranară numită proteină G. Proteina G activată interacționează apoi fie cu un canal ionic, fie cu o enzimă din membrană (Figura 6)., Toți receptorii legați de proteina G au șapte domenii transmembranare, dar fiecare receptor are propriul său domeniu extracelular specific și situsul de legare a proteinei G.semnalizarea celulară utilizând receptorii legați de proteina G apare ca o serie ciclică de evenimente. Înainte de legarea ligandului, proteina G inactivă se poate lega de un situs nou descoperit pe receptorul specific pentru legarea sa. Odată ce proteina G se leagă de receptor, schimbarea formei rezultată activează proteina G, care eliberează PIB și preia GTP. Subunitățile proteinei G se împart apoi în subunitatea α și subunitatea βγ., Unul sau ambele fragmente de proteină G pot fi capabile să activeze alte proteine ca rezultat. După un timp, GTP pe subunitatea α activă a proteinei G este hidrolizată în PIB și subunitatea βγ este dezactivată. Subunitățile se reasociază pentru a forma proteina G inactivă și ciclul începe din nou.

Figura 6. Proteinele g heterotrimerice au trei subunități: α, β și γ. Când o moleculă de semnalizare se leagă de un receptor cuplat cu proteina G din membrana plasmatică, o moleculă GDP asociată cu subunitatea α este schimbată pentru GTP., Subunitățile β și γ se disociază de subunitatea α, iar răspunsul celular este declanșat fie de subunitatea α, fie de perechea βγ disociată. Hidroliza GTP în PIB termină semnalul.receptorii legați de proteinele G au fost studiați extensiv și s-au învățat multe despre rolurile lor în menținerea sănătății. Bacteriile patogene pentru oameni pot elibera otrăvuri care întrerup funcția receptorilor specifici legați de proteina G, ducând la boli precum pertussis, botulism și holeră.

Figura 7., Transmisă în principal prin apa potabilă contaminată, holera este o cauză majoră de deces în țările în curs de dezvoltare și în zonele în care dezastrele naturale întrerup disponibilitatea apei curate. (credit: New York City Sanitare Comisiei)

În holeră (Figura 7), de exemplu, apă-suportate de bacteria Vibrio cholerae produce o toxina, choleragen, care se leagă de celulele mucoasei intestinului subtire., Toxina intră apoi în aceste celule intestinale, unde modifică o proteină G care controlează deschiderea unui canal de clorură și o determină să rămână activă continuu, ducând la pierderi mari de lichide din organism și deshidratare potențial fatală ca rezultat.salubritatea modernă elimină amenințarea focarelor de holeră, cum ar fi cea care a trecut prin New York în 1866. Acest poster din acea epocă arată cum, la acea vreme, modul în care boala a fost transmisă nu a fost înțeleasă.,receptorii legați de enzime sunt receptori de suprafață celulară cu domenii intracelulare care sunt asociate cu o enzimă. În unele cazuri, domeniul intracelular al receptorului în sine este o enzimă. Alți receptori legați de enzime au un mic domeniu intracelular care interacționează direct cu o enzimă. Receptorii legați de enzime au în mod normal domenii extracelulare și intracelulare mari, dar regiunea care acoperă membrana constă dintr-o singură regiune alfa-elicoidală a catenei peptidice., Când un ligand se leagă de domeniul extracelular, un semnal este transferat prin membrană, activând enzima. Activarea enzimei declanșează un lanț de evenimente în interiorul celulei care în cele din urmă duce la un răspuns. Un exemplu al acestui tip de receptor legat de enzime este receptorul tirozin kinazei (figura 8). O kinază este o enzimă care transferă grupările fosfatice de la ATP la o altă proteină. Receptorul tirozin kinazei transferă grupările fosfat la moleculele de tirozină (reziduuri de tirozină). În primul rând, moleculele de semnalizare se leagă de domeniul extracelular al doi receptori ai tirozin kinazei din apropiere., Cei doi receptori vecini se leagă apoi împreună sau se dimerizează. Fosfații sunt apoi adăugați la reziduurile de tirozină din domeniul intracelular al receptorilor (fosforilare). Reziduurile fosforilate pot transmite apoi semnalul către următorul mesager din citoplasmă.

Practica Întrebare

Figura 8. Un receptor tirozin kinază este un receptor legat de enzime cu o singură regiune transmembranară și domenii extracelulare și intracelulare., Legarea unei molecule de semnalizare la domeniul extracelular determină dimerizarea receptorului. Reziduurile de tirozină din domeniul intracelular sunt apoi autofosforilate, declanșând un răspuns celular în aval. Semnalul este terminat de o fosfatază care îndepărtează fosfații din reziduurile de fosfotirozină.HER2 este un receptor tirozin kinază. În 30% din cancerele de sân uman, HER2 este activat permanent, ducând la diviziunea celulară nereglementată., Lapatinib, un medicament utilizat pentru tratarea cancerului de sân, inhibă AUTOFOSFORILAREA tirozin kinazei receptorului HER2 (procesul prin care receptorul adaugă fosfați pe sine), reducând astfel creșterea tumorii cu 50%. Pe lângă autofosforilare, care dintre următoarele etape ar fi inhibată de Lapatinib?,

1. moleculă de Semnalizare cu caracter obligatoriu, dimerizare, și din aval răspunsul celular
2. Dimerizare, și din aval răspunsul celular
3. Din aval răspunsul celular
4. activitatea Fosfatazei, dimerizare, și downsteam răspunsul celular

Arată Răspunsul

Răspunsul c. În aval de răspuns celular-ar fi inhibat.

verificați înțelegerea

răspundeți la întrebarea(întrebările) de mai jos pentru a vedea cât de bine înțelegeți subiectele abordate în secțiunea anterioară., Acest test scurt nu contează pentru gradul dvs. în clasă și îl puteți relua de nenumărate ori.

utilizați acest test pentru a verifica înțelegerea dvs. și decideți dacă (1) studiați secțiunea anterioară mai departe sau (2) Treceți la secțiunea următoare.