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.