Fenomene de transport prin membrana celulară

 

 

1. Structura membranei celulare

2. Clasificarea modalităţilor de transport membranar

3. Transportul pasiv

Difuzie

Difuzie facilitată

Difuzia prin canale ionice şi pori

4. Transportul activ

Transportul activ primar

Transportul activ secundar

5. Receptori şi traductori de informaţie în membranele biologice

Definiţia receptorului

Etapele semnalizării intercelulare

Clasificarea semnalelor

Tipuri de receptori membranari, exemple

  

1. Structura membranei celulare

 

Membrana celulară (aprox. 7,5 nm) este un ansamblu de structuri

supramoleculare aflat la periferia celulei (sau a organitelor celulare) care separă

mediul intern de cel extern (celular de interstiţial) şi care îndeplineşte diferite

funcţii legate în special de procese metabolice fundamentale. Membranele vii au

proprietăţile de semipermeabilitate şi selectivitate. Datorită acestor proprietăţi,

membrana celulară nu reprezintă o simplă barieră care separă 2 medii cu

proprietăţi diferite, ci o structură activă care asigură:

- transportul unor molecule, ioni, macromolecule, complexe

supramoleculare, dintr-o parte în alta a ei;

- traducere şi transfer de informaţie adusă de diferiţi stimuli (mecanici,

electrici, electromagnetici, chimici, termici etc.) prin receptorii specifici pe care îi

conţine;

- interconversia diferitelor forme de energie, prin enzimele sau complexele

enzimatice pe care le conţine.

Actualmente se acceptă că, în general, structura membranei celulare este

cea descrisă de modelul mozaicului fluid proteolipidic al lui Nicholson şi Singer

(1972). Conform acestui model, membrana este formată dintr-un bistrat lipidic, în

care sunt inserate proteine şi glicoproteine (figura ( W.H. Freeman and Sinauer

Associates: http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/)).

 

Bistratul lipidic este constituit în special din fosfolipide ( W.H. Freeman and Sinauer Associates: http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/) (fosfatidilcolină, fosfatidilserină, fosfatidilinositol etc.) dar sunt prezente şi glicolipide şi colesterol. Moleculele lipidice sunt amfifile. Ele au un cap polar (extremitate polară) şi

o extremitate hidrofobă (două lanţuri de hidrocarburi - cozi hidrofobe)(figura

( W.H. Freeman and Sinauer Associates: http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/)).

Moleculele de acest tip se organizează spontan, pe baza principiului de

minimizare a energiei potenţiale, astfel încât cozile lor hidrofobe să evite

contactul cu apa. Ele realizează:

- structuri micelare (figura, figura)

- bistraturi (vezicule membranare sau membrane plane)(figura)

În acest fel, între cozile hidrofobe iau naştere legături hidrofobe, iar

capetele polare sunt expuse mediului apos. Bistratul lipidic este o structură

dinamică, prezentând fluiditate: moleculele lipidice execută mişcări de translaţie

şi rotaţie. De exemplu:

- translaţie în stratul în care se află (difuzie laterală)

- rotaţie în jurul propriei axe

- basculare dintr-un monostrat în celălalt

- flexie (îndoire) (figura)

 

Proteinele membranare, în funcţie de modul în care se înserează în

membrane sunt:

a) - proteine intrinseci (integrale) - traversează membrana celulară o dată (glicoforina) sau de mai multe ori (exemplu - proteinele transportoare, pompe ionice constituite din mai multe a –helixuri)

Clasificarea proteinelor integrale:

Pompe ionice – enzime - utilizează diverse surse de energie – predominant

ATP – pentru a deplasa ionii (mai ales cationi) şi alţi solviţi prin membrana

celulară. În general stabilesc gradienţi de concentraţie ai speciilor respective de-o

parte şi alta a membranei. Sunt implicate în transportul activ primar.

Transportori – proteine (enzyme like) care asigură căi pasive de deplasare a

diferitelor specii de solviţi prin membrane conform gradientului lor electrochimic

(de la concentraţie mai mare spre concentraţie mai mică). Unii dintre aceştia,

transportori uniport, asigura difuzia facilitată, tip de transport pasiv. O altă

categorie etse implicată în transportul activ secundar, respectiv translocarea unei

specii conform gradientului electrochimic este insoţită de translocarea altei specii

contra gradientului său electrochimic.

Canale ionice – structuri proteice care au in interior un canal cu specificitate

ionică, ce poate să se deschidă şi să se închidă tranzitoriu. Cand canalul este

deschis, prin el va trece un flux de ioni cu orientare netă în sensul gradientului

electrochimic. În acest fel se pot controla valorile potenţialului electric

transmembranar şi pot fi generate semnale electrice în diferite tipuri de celule

(nervoase, musculare, glandulare). Asigură transportul pasiv al ionilor.

b) - proteine extrinseci (periferice) - pătrund în membrană pe o anumită

distanţă, pe una din cele două feţe, sau sunt ataşate la suprafaţa membranei

(receptorii membranari, proteine cu rol imunologic etc.). Ele pot participa la

reacţii enzimatice şi semnalizare celulară, intră în componenţa scheletului

membranar de la suprafaţa citoplasmatică a celulei, asigură legătura cu

citoscheletul).

Şi proteinele prezintă mişcări de difuzie laterală

(http:// bio.winona.msus.edu/berg ) şi rotaţie, într-un mod mai restrictiv (depinzând

de interacţiunile cu alte proteine).

Membrana se sprijină pe un citoschelet alcătuit din proteine fibrilare

(exemplu: spectrina, anchirina şi actina fibrilară - în hematii)(figura). De exemplu,

în cazul hematiei (figura), două proteine Banda 3 (transportor de anioni) şi

glicoforina ancorează o reţea bidimensională de proteine fibrilare, componenta

principală fiind spectrina. Ankirina se leagă atât la spectrină cât şi la Banda 3.

Filamente scurte de actină cu proteinele asociate formează noduri care

interconectează reţeaua de spectrină. Asigură elasticitatea membranei

plasmatice a hematiei.

 

Membranele artificiale (model) - permit studiul unor procese membranare.

Asemenea membrane artificiale sunt lipozomii şi bistraturile lipidice, BLM (figura)

sau SSM (figura).

 

2. Clasificarea modalităţilor 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 în care celula înglobează particule de substanţă solidă,

învelite în pseudopode (prelungiri citoplasmatice) care fuzionează în spatele lor.

Pinocitoza - învelirea picăturilor de lichid şi macromoleculelor într-un

bistrat lipidic şi formarea de vezicule care fuzionează

(http://bio.winona.msus.edu/berg/ANIMTNS/fusionan.gif) cu membrana celulară şi astfel pot fi

transportate dintr-o parte în cealaltă a membranei.

Exemple: - în terminaţiile nervoase şi celulele secretorii (exocitoză)(exemplu:

diferiţi neurotransmiţători cum ar fi acetilcolina, glutamatul etc.)

- trecerea proteinelor plasmatice din sânge în spaţiul extravascular -

transcitoză prin endoteliul capilar.

 

3. Transportul pasiv

 

Transportul pasiv este reprezentat de către deplasarea moleculelor şi

ionilor în sensul gradientului electrochimic sau de presiune - aparent fără consum

de energie metabolică. Aparent, deoarece gradientul electrochimic respectiv este

rezultatul unor procese anterioare realizate cu consum de energie.

Prin transport pasiv sistemul are tendinţa de a ajunge la echilibru

termodinamic. Dacă în expresia diferenţei de potenţial electrochimic (a se vedea

cursul de Biofizica sistemelor disperse) notăm:

c1 = cin, c2 = cex, V1 = Vin, V2 = Vex obţinem:

 

DW = Win - Wex = RT ln cin/cex + zF (Vin - Vex)

 

Dacă DW > 0 - ionii au tendinţa de a părăsi celula.

Dacă DW < 0 - ionii au tendinţa de a pătrunde în celulă, dacă membrana

este permeabilă pentru aceştia. Transportul unei specii ionice încetează la

echilibru, când DW = 0:

E = Vin - Vex = (RT/zF) ln cex/cin - ecuaţia Nernst

Există trei modalităţi (figura : W.H. Freeman and Sinauer Associates:

http://bcs.whfreeman.com/thelifewire/) de transport pasiv: difuzia simplă, difuzia

facilitată şi difuzia prin canale şi pori.

 

Difuzia simplă

 Difuzia simplă (http://bio.winona.msus.edu/berg) se produce prin dizolvarea speciei moleculare transportate în membrană (figura : http://www.biosci.uga.edu/almanac/bio_103/notes/may_13.html) şi depinde de raportul dintre solubilitatea substanţei respective în bistratul lipidic şi solubilitatea ei în apă, deci de coeficientul de partiţie b. Cum s-a arătat, conform legii lui Fick, în cazul membranelor coeficientul de permeabilitate P este P = bD/d 

Difuzia facilitată

  

În acest caz, difuzia se realizează prin utilizarea unor molecule

transportoare existente în membrană sau introduse artificial în aceasta.

Asemenea molecule transportoare au o anumită specificitate, recunoscând

specia moleculară sau ionică pe care o transportă. Există transportori pentru

glucoză, colină, pentru diferiţi ioni (în acest caz transportorul se numeşte

ionofor). Transportorii pot distinge speciile levogire de cele dextrogire. Ei

acţionează în sensul gradientului electrochimic. Mecanismul de transport se

bazează pe proprietatea transportorului de a se putea găsi în două stari

conformaţionale T1 şi T2 (figura).

Molecula transportată (substratul S) se leagă pe una din feţele membranei

(figura (http://bio.winona.msus.edu/berg)). Se produce în urma legării o

modificare conformaţională în starea T2 şi situsul de legare este expus părţii

opuse cu scăderea afinităţii pentru specia respectivă şi eliberarea acesteia. Prin

eliberare se revine la conformaţia iniţială şi ciclul se repetă. De exemplu, un

model pentru transportul uniport al glucozei este dat în figură. Procesul se

desfăşoară conform cineticii Michaelis-Menten pentru reacţiile enzimatice. Un

exemplu de ionofor este antibioticul valinomicină, moleculă hidrofobă care poate

încorpora ionii de K+, translocându-i prin membrană (şi Rb, mai slab).

Valinomicina face ca ionii de K+ să iasă din celula bacteriană, provocându-i

moartea. Un alt ionofor este nigericina care permite un schimb neutru K+, H+.

 

Difuzia prin canale ionice şi pori

Canalele ionice sunt proteine specializate care străbat bistratul şi permit

trecerea unor substanţe care nu sunt liposolubile. Permit trecerea ionilor în

ambele sensuri şi sunt selective. Porii sunt structuri neselective, contează doar

diametrul particulei. Specia transportată se leagă de proteina canal, formând un

complex enzimă-substrat care evoluează pe baza cineticii Michaelis-Menten.

Pentru ca ionul să treacă dintr-o parte în cealaltă este necesar ca un canal să fie

deschis (http://pb010.anes.ucla.edu/rp1.htm). În figură este reprezentată schematic

structura unui canal ionic. Filtrul recunoaşte un anumit tip de ion şi îl lasă să

treacă în vestibul. Senzorul primeşte informaţia din exterior, fie din partea unei

molecule receptoare, fie direct de la un semnal electric, şi, dacă informaţia este

corespunzătoare, comandă deschiderea porţii permiţând ionului să intre sau să

iasă din celulă, împins de potenţialul său electrochimic. În anumite situaţii,

accesul ionului este interzis, chiar dacă poarta este deschisă, datorită intervenţiei

inactivatorului I (http://bio.winona.msus.edu/berg).

Deschiderea şi închiderea canalului sunt rezultatul unei modificări

conformaţionale care este comandată printr-un mecanism specific. Acesta poate

fi ;

- electric - modificarea potenţialului membranar (ex. canalele de Na+ (fig.

http://bio.winona.msus.edu/berg) , K+ în membrana axonală);

- chimic (ex. acetilcolina, canalul de Na+, Ca++ controlat de GMPc în

membrana celulelor fotoreceptoare);

- alte mecanisme (de ex. mecanic: canalul de K+ din vârfurile stereocililor

celulelor ciliate din organul lui Corti).

Când canalul este deschis are loc o trecere pasivă, preponderent în sensul

gradientului electrochimic. Transportul prin canale poate fi inhibat cu ajutorul

unor blocanţi specifici cum ar fi unele toxine (tetrodotoxina inhibă funcţionarea

canalului de Na+ din membrana axonală, tetraetilamoniul blochează canalul de

K+). Asemenea blocanţi specifici permit studierea proprietăţilor canalelor sau

identificarea proteinelor canal.

 

Deosebiri între cele două tipuri de difuzie (facilitată, canale):

- transportorii – au o specificitate mai mare (pot distinge între speciile

levogire şi dextrogire - în celulă pot pătrunde prin difuzie facilitată numai glucoza

dextrogiră şi aminoacizii levogiri). Pot transporta mii de ioni/s.

- canalele – au o viteză mult mai mare de transport al ionilor (milioane sau

chiar sute de milioane de ioni/s). Atunci când au loc procese care necesită

modificări bruşte ale concentraţiei sau compoziţiei ionice (de ex. în producerea

influxului nervos) canalele ionice sunt mai adecvate pentru transportul speciilor

implicate în aceste procese.

- transportorii sunt în număr mult mai mare;

- transportorii pot participa la transportul activ secundar.

 

4. Transportul activ

 

Transportul activ este o formă de transport care necesită energie

metabolică - cuplare energetică imediată. Se realizează în sensul invers

gradientului de potenţial electrochimic. Se disting două forme de transport activ:

transportul activ primar şi transportul activ secundar.

 

Transportul activ primar

 

Transportul activ primar se realizează cu ajutorul pompelor ionice

membranare, structuri proteice transportoare din clasa proteinelor integrale. O

pompă ionică este caracterizată prin prezenţa unui centru activ cu acces

alternativ spre partea extracelulară şi spre cea citoplasmatică. Accesul este

modificat ca urmare a unei tranziţii conformaţionale.

Clasificarea pompelor ionice:

- Pompe ionice activate de lumină (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 provenită din hidroliza ATP pentru a

transloca diferite specii de pe o parte pe alta a membranei celulare.

Pompe ionice activate de lumină

Cel mai cunoscut şi mai bine studiat membru al familiei este

bacteriorodopsina, membru al familiei proteinelor retinale din care fac parte şi

rodopsinele vizuale. Bacteriorodopsina este o pompă protonică activată de

lumină, prezentă în bacteria Halobacterium salinarum, şi care transportă protoni

protoni din citoplasmă înspre exteriorul celulei. Gradientul protonic astfel creat

activează o ATP-sintază.

ATP-azele

Familia F0F1 are la rândul său două subfamilii: F0F1 sau F-ATP-aze-

activează sinteza ori hidroliza ATP în funcţiile de condiţiile mediului şi V0V1 sau

V-ATPaze- controlează acidifierea conţinutului diferitelor vezicule – transportă

protoni. Se găsesc în sistemul vacuolar al eucariotelor.

F- ATP azele se găsesc în eubacterii, mitocondrii, cloroplaste şi utilizează

gradienţi de protoni creaţi de alte proteine membranare (redox sau activate de

lumină) pentru sinteza ATP (ex. ATP-sintaza). Au două părţi (figura), F1 globulară,

solubilă în apă, catalizează (subunităţile beta) hidroliza sau sinteza ATP în functie

de condiţii. Subunităţile C sunt cele prin care trec protonii. La trecerea protonilor

se roteşte partea globulară şi prin rotire se stabileşte o conformaţie favorabilă

sintezei de ATP. Invers, când există ATP mult, acesta este hidrolizat şi se

eliberează energie care duce la rotaţia subunităţilor C. Astfel este favorizat

transportul de protoni. Mecanismul transportului de protoni în subunităţile C nu

este cunoscut.

V-ATP azele sunt exclusiv pompe protonice, nu pot sintetiza ATP, doar îl

hidrolizează. Au structura asemănătoare cu cea a poteinelor F-type.

Familia ATP-azelor de tip P (ATP-aze E1E2) conţine proteine care

produc diverşi gradienţi transmebranari. Din această familie fac parte pompe

ionice bine cunoscute cum ar fi:

Na+, K+-ATP-aza care transportă 3Na+ spre exteriorul celulei şi 2K+ spre

interior. Se găseşte în membrana plasmatică celulară, generează gradienţi de

Na+ şi K+.

H+, K+ -ATP-aza, transportă 1 H+ spre exteriorul celulei contra a 1 K+ spre

interiorul celulei, se găseşte în membranele plasmatice în stomac şi rinichi,

implicată în secreţia gastrică şi duodenală.

Ca++-ATP-aza SERCA, transportă 2 Ca++ spre SR ori ER şi 2 H+ spre citosol,

se găseşte în reticulul sarcoplasmic şi endoplasmic, scade concentraţia de Ca++

intracelular.

Ca++-ATP-aza PMCA, transportă 1 Ca++ spre exterior contra a 1 H+, se

găseşte în membrana plasmatică, scade concentraţia de Ca intracelular.

H+-ATP-aza, transportă în afara celulei 1 H+, se găseşte în membrana

plasmatică a drojdiilor, plantelor, protozoarelor, generează gradient protonic.

P-ATP-azele pot fi implicate în unele boli, de ex.: mutaţii ale Ca++ATP-azei

induc rigiditate şi crampe musculare, ale Cu++ ATP-azelor pot fie să provoace

sindromul Menks – pacienţii au deficit de Cu++, fie boala Wilson, incapacitatea de

a elimina Cu++ din ficat cu efect toxic. În caz de ulcer se foloseşte Omeprazolul

care inhibă H+,K+ ATP-aza gastrica, scăzând aciditatea gastrică.

Transportorii ABC formează familia cea mai largă şi diversificată. Se găsesc în

toate organismele. Substratele acestora pot fi ioni anorganici, zaharuri,

aminoacizi, polizaharide complexe, peptide si chiar proteine. Unii dintre aceştia

pot să fie în acelaşi timp canale (CFTR). Menţionăm două tipuri:

- CFTR (cystic fibrosis transmembrane conductance regulator) care permite

ionilor de Cl să iasă din celulă pe baza gradientului lor electrochimic.

Deschiderea canalului este comandată de hidroliza ATP. NaCl la polul

apical al celulelor pulmonare creează o presiune osmotică datorită căreia

apa din celule este extrasă prin canalele pentru apă – aquaporinele.

Speciile ionice sunt din nou transportate în celule prin pompa de Na, K,

respectiv transportorul Na, K, 2Cl şi circuitul se reia. În acest fel se

păstrează un echilibru hidric ce permite curaţarea de bacterii şi secreţii a

lumenului bronhiolelor. În lipsa Cl, prin mutaţii la nivelul CFTR (nu se

exprimă o fenilalanină) plămânul este uscat şi se acumulează secreţii,

mucus, prin activitatea bacteriilor. Apar infecţii şi nu se mai pot face

corect schimburile de gaze. Boala se numeşte fibroză cistică sau

mucoviscidoză şi se termină prin moarte.

- MDR1 şi MDR2 (multiple drug resistance proteins). Pot transporta o

multitudine de molecule hidrofobe, molecule care pot intra în celulă prin

bistratul lipidic şi care pot fi toxice pentru aceasta. MDR scot afară aceste

molecule. Dar asemenea molecule pot fi şi medicamentele utilizate în

chimioterapie. Celulele canceroase pot să supraexprime asemenea

transportori reducând eficienţa chimioterapiei.

Cea mai cunoscută pompă ionică este Na+,K+- ATP-aza (figura). Este

alcătuită din patru subunităţi proteice (2 subunităţi a şi 2 subunităţi b);

subunitatea a are activitate ATP-azică. Hidroliza ATP furnizează energia care

permite translocarea a 3 ioni de Na în exteriorul celulei şi a doi ioni de K în

interior (http//:bio.winona.msus.edu/berg/ANIMTNS). Este o pompă electrogenică

întrucât are ca rezultat un transfer net de o sarcină pozitivă per ciclu în exteriorul

celulei.

Conform schemei Albers-Post, în esenţă mecanismul de transport este

următorul:

Enzima în conformaţia E1 ia Na+ pe partea citoplasmatică şi leagă ATP (în

prezenţa Mg++). ATP este hidrolizat, complexul fosforilat suferă o tranziţie

conformaţională E1 - E2 în urma căreia scade afinitatea pentru Na+ şi creşte

afinitatea pentru K+. Ionii de Na+ se desprind, se ataşează ionii de K+. Are loc o

defosforilare şi în urma acesteia proteina pierde afinitatea pentru K+. Se desprind

ionii de K+ şi enzima revine în conformaţia iniţială E1 (figura).

Alte exemple de pompe ionice sunt pompa de H+, K+ din mucoasa gastrică,

pompa de Ca++ din reticulul sarcoplasmic sau pompa protonică

bacteriorodopsina (sub acţiunea luminii pompează protoni din interiorul în

exteriorul celulei).

 

Transportul activ secundar

 Transportul activ secundar constă din pătrunderea speciilor transportate

într-un compartiment (extracelular sau intracelular) împotriva gradientului lor

electrochimic, prin asocierea cu molecule care se deplasează normal conform

propriului lor gradient de concentraţie. Gradientul este, însă, menţinut prin

transport activ primar. Transportorul întâlnit în difuzia facilitată poate lega cele

două molecule fie în aceeaşi stare conformaţională (pe aceeaşi parte) - simport

sau co-transport, fie pe cele două părţi, în stări conformaţionale diferite - antiport

(contra-transport).

În simport (http://bio.winona.msus.edu/berg) - enzima leagă pe aceeaşi

parte, în conformaţia T1, ambele specii şi suferă tranziţia T1 - T2 numai după

legarea ambelor.

Exemplu: glucoza în celulele mucoasei intestinale se asociază cu Na+ care

intră pasiv. Ionii de Na+ sunt eliminaţi activ prin transport primar, prin hidroliza

ATP, iar glucoza rămâne. Transportul este electrogenic deoarece are ca rezultat

net transportul unei sarcini pozitive dintr-o parte a membranei în cealaltă.

În antiport (http://bio.winona.msus.edu/berg) proteina transportoare leagă

în starea T2 un alt ion decât cel care suferă difuzia facilitată, care va fi evacuat în

compartimentul în care potenţialul lui electrochimic este mai mare. Exemplu:

muşchiul cardiac - antiport 3 Na+/ 1 Ca++ - este electrogenic (sarcina netă +1).

Asigura concentraţia scăzută a Ca++ în interior pe seama pompării active a Na+de

către Na+,K+- ATP-aza. Un alt exemplu: transportorul de 1 Na+/2 H+ din membrana

bacteriei E. coli.

5. Receptori şi traductori de informaţie în membranele

biologice

Definiţia receptorului

Receptorii membranari sunt structuri macromoleculare aflate în membrana

celulară, care au capacitatea de a recunoaşte o moleculă semnal din mediul

extracelular, numită mesager prim, şi de a interacţiona cu ea rapid şi reversibil

(http://bio.winona.msus.edu/berg/ANIMTNS/Recep.htm). În urma interacţiei, celula poate

sintetiza o altă moleculă semnal – mesager secund – care declanşează

răspunsul celular specific. Mesagerul secund poate fi, uneori, chiar complexul

receptor – mesager prim. Dintre moleculele cu rol de mesager prim se pot

menţiona: mediatorii chimici, hormonii, antigenii, medicamentele, drogurile etc.

Mesageri secunzi frecvent întâlniţi sunt: acidul adenozin monofosforic ciclic (c-

AMP), acidul guanozin monofosforic ciclic (c-GMP), diacil glicerolul (DAG), inozitol

trifosfatul (InosP3).

Semnalizarea intercelulară se realizează prin intermediul reţelei complexe

de receptori membranari şi al liganzilor specifici ai acestor receptori, liganzi care

reprezintă semnalele.

Etapele semnalizării intercelulare

1. Sinteza moleculei semnal

2. Eliberarea moleculei semnal

3. Transportul moleculei semnal către ţintă

4. Detecţia semnalului

5. Răspunsul 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 produşi în glandele

endocrine, secretaţi în sânge şi distribuiţi în organism;

- semnale paracrine, generate de celule, acţionează local în vecinătate;

- semnale de contact, necesită contactul intercelular;

- semnale nervoase, se transmit de-a lungul axonilor către celulele ţintă;

- semnale autocrine (celulele secretă molecule semnal care se leagă de

receptorii proprii).

Clasificarea receptorilor membranari

I. Receptori asociaţi cu canale ionice (ionotropi)

II. Receptori care acţionează prin intermediul proteinelor G

III. Receptori legaţi de enzime (sunt fie ei înşişi enzime, fie sunt asociaţi cu

enzime pe care le activează). Enzimele respective sunt, în marea lor majoritate,

protein kinaze.

Receptorii din ultimele două clase mai sunt numiţi şi receptori

metabotropi.

Receptorii ionotropi

Receptorii asociaţi cu canale ionice au o zonă receptoare de care se leagă

mesagerul prim şi o zonă efectoare prin care comunică senzorului canalului

comanda de deschidere sau închidere a porţii; în urma activării afectează direct

activitatea celulei prin deschiderea nemijlocită a unor canale ionice. Exemplu:

receptorul nicotinic de acetilcolină. Prin legarea Ach de subunităţile a ale

receptorului, are loc o modificare conformaţională în urma căreia canalul interior

format de cele 5 subunităţi se deschide şi permite trecerea nestingherită a

ionilor.

Receptorii care funcţionează prin intermediul proteinelor G

Receptorii care acţionează prin intermediul proteinelor G sunt receptori

metabotropi care pot determina sinteza mesagerilor secunzi (prin intermediul

unei proteine efectoare). Un exemplu ar fi receptorul de epinefrină. Epinefrina

(adrenalina), mesagerul prim, se leagă de receptorul specific (de zona

receptoare a acestuia). În urma acestei legări, în urma unei modificări

conformaţionale, receptorul devine apt să lege o proteină G. Proteina G,

alcătuită din 3 subunităţi notate a, b şi g, şi care în stare liberă leagă GDP,

suferă la rândul ei o modificare conformaţională în urma căreia eliberează GDP şi

leagă GTP la subunitatea a. Subunitatea a se separă de subunităţile b şi g şi

difuzează pâna când întâlneşte un efector (zona efectoare), adenilat ciclaza. Prin

legare de efector acesta se activează şi catalizează transformarea ATP din celulă

în c-AMP (mesager secund); c-AMP declanşează o serie de reacţii enzimatice prin

care este activată enzima fosforilază şi aceasta din urmă determină

transformarea glicogenului în glucoză ce este eliberată din celulă (răspunsul

celular). După activarea efectorului, subunitatea a a proteinei G, prin hidroliza

GTP devine inactivă şi se recombină cu subunităţile b şi g, refăcând proteina G.

Procesul se poate relua.

Alt exemplu: ciclul biochimic al rodopsinei în excitaţia vizuală. Receptorul

pentru lumină, rodopsina, leagă în urma fotoactivării traductina (proteină G) şi, în

mod analog, traductina activează o proteină efectoare (PDE). PDE converteşte c-

GMP (mesager secund) în GMP. Prin această conversie se închid canalele de Na şi

Ca. Celula se hiperpolarizează şi informaţia este transmisă creierului pe căile

nervoase.

Mesagerul secund c-AMP poate activa o serie de protein kinaze care, la

rândul lor, determină în ultimă instanţă eliberarea de hormoni,

neurotransmiţători etc.

Alţi receptori folosesc drept mesageri secunzi DAG sau InosP3 (IP3)

(schema).

De exemplu, anumiţi receptori leagă molecule semnal cum ar fi

angiotensina, glucoza, Ach etc şi activează apoi o proteină G care, la rândul ei,

activează o enzimă numită 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, şi diaciglicerol

(DAG) care rămâne ataşat de bistratul lipidic. IP3 se leagă 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 acţiona si el ca mesager secund pentru alte procese celulare. Unul dintre

acestea este activarea, împreună cu DAG, a protein kinazei C- Ca dependente şi

aceasta poate fosforila diverse proteine. Un alt proces declanşat de Ca este

activarea calmodulinei care poate apoi interacţiona cu alte proteine etc. etc.

Receptori asociaţi cu enzime

 III. Se activează o protein kinază citoplasmatică (schema)(altă schemă).

Activitatea celulei este influenţată în etape: mai întâi are loc o modificare

metabolică a celulei. Aceasta poate în final să ducă la deschiderea sau închiderea

unui canal ionic ori poate modifica o altă activitate a celulei (de exemplu

transcripţia unei proteine ori alt răspuns celular specific). Exemplu: receptorul de

insulină poate activa o tirozin kinază, se fosforilează alte proteine şi în final se

produce răspunsul celular care poate fi creşterea permeabilităţii pentru glucoză.