Метаботропные рецепторы — это подтип трансмембранных рецепторов в эукариотических клетках , воздействие на которые приводит к первичным, непосредственным изменениям метаболизма в клетке (откуда, собственно, и название «метаботропные» рецепторы). Эффект всех без исключения метаботропных рецепторов опосредуется через те или иные системы вторичных посредников . Метаботропные рецепторы могут быть расположены как на поверхностной мембране клетки, так и на мембранах внутриклеточных везикул.

На основании их структурных и функциональных характеристик, все рецепторы к нейромедиаторам и гормонам могут быть разделены на две большие категории: метаботропные и ионотропные рецепторы. Ионотропные рецепторы непосредственно связаны с ионными каналами клетки. А метаботропные рецепторы не имеют прямой связи с ионными каналами на поверхности клетки или её везикул и осуществляют передачу сигнала на них через те или иные внутриклеточные сигнальные механизмы, нередко — через G-белки . В частности, все G-белок-связанные рецепторы по определению являются метаботропными. Другие известные примеры метаботропных рецепторов включают в себя рецепторные тирозинкиназы и гуанилатциклазы.

Оба типа рецепторов — метаботропные и ионотропные — активируются при связывании с ними специфического лиганда — или экзогенного агониста , обычно нейромедиатора или гормона. Когда активируется ионотропный рецептор, он открывает ионный канал, который позволяет вход внутрь клетки или, напротив, выход из клетки ионов , таких, как ионы натрия , калия , кальция или хлора , что приводит к изменениям электрического потенциала клетки. Когда же активируется метаботропный рецептор, активируются связанные с ним внутриклеточные сигнальные каскады (системы вторичных посредников) и запускается цепочка тех или иных внутриклеточных событий, которые могут приводить или не приводить к открытию или закрытию ионных каналов клетки.

Примеры

Этот класс рецепторов включает в себя метаботропные глутаматные рецепторы, мускариновые ацетилхолиновые рецепторы, ГАМК -Б рецепторы, и большинство подтипов серотониновых рецепторов (за исключением 5-HT ₃ -рецептора , который является ионотропным), а также рецепторы к норадреналину , адреналину , гистамину , дофамину , различным нейропептидам , гормонам, факторам роста, эндогенным опиоидам ( эндорфинам ) и каннабиноидам .

Структура

Наиболее распространённый тип метаботропных рецепторов — G-белок-связанные рецепторы — имеют семь гидрофобных трансмембранных доменов. Большинство из них являются (или могут являться) мономерными белками, хотя ГАМК-Б рецепторы требуют гетеродимеризации для своего правильного функционирования. N-терминальный конец белка при этом расположен во внеклеточном пространстве, а C-терминальный конец — во внутриклеточном.

Эти семь трансмембранных доменов, с наружным N-терминальным концом, часто имеют (или предполагается, что имеют) α-спиральную структуру. Полипептидная цепочка типичного G-белок-связанного рецептора обычно состоит из приблизительно 450—550 аминокислотных оснований. Эти белки часто подвергаются гликозилированию , а также пальмитированию . Пальмитирование обеспечивает повышение их гидрофобности и локализацию их на поверхности мембраны клетки в специфических местах.

Функция

Эндогенными лигандами (агонистами) метаботропных рецепторов являются те или иные нейромедиаторы или гормоны, которые, связываясь с рецептором, изменяют его пространственную конфигурацию, что приводит к его активации и запуску тех или иных внутриклеточных сигнальных каскадов (причём связанных с одним и тем же рецептором сигнальных каскадов может быть несколько, то есть более одного). Это, в свою очередь, может приводить к открытию или закрытию тех или иных ионных каналов и к другим изменениям в метаболизме и жизнедеятельности клетки, например к изменению транскрипции генов , изменениям в фосфорилировании тех или иных белков. Когда лиганд-агонист (нейромедиатор или гормон) связывается с белком рецептора (первичным передатчиком сигнала), этот белок-рецептор активирует внутриклеточные первичные эффекторные белки (например, G-белок и через него так называемую гормончувствительную аденилатциклазу ). Это, в свою очередь, приводит к образованию так называемых вторичных посредников (например, цАМФ ) и к активации вторичных эффекторных белков (например, протеинкиназы A ). Вторичные эффекторные белки, в свою очередь, запускают множественные третичные эффекторы и далее нисходящий эффекторный каскад вплоть до эффекторов N-го порядка. Поскольку открытие и закрытие ионных каналов при помощи метаботропных рецепторов требует активации целой системы вторичных посредников и эффекторов, то ионные каналы, активность которых косвенно регулируется этими рецепторами, требуют больше времени для своего открытия или закрытия, чем ионные каналы, ассоциированные с ионотропными рецепторами. Поэтому метаботропные рецепторы не вовлечены в механизмы, которые требуют от клетки очень быстрой реакции. Однако эффекты, опосредуемые метаботропными рецепторами, держатся дольше. Метаботропные рецепторы, как правило, сохраняют активированное состояние в течение секунд или минут после связывания с агонистом. Поэтому они имеют более длительные эффекты, чем ионотропные рецепторы, которые открываются почти мгновенно (время реакции ~10 мкс), но остаются открытыми лишь в течение нескольких миллисекунд. Кроме того, эффект ионотропных рецепторов заключается преимущественно в локальных изменениях электрического потенциала мембраны в окрестности рецептора, в то время как метаботропные рецепторы могут оказывать влияние на метаболизм и жизнедеятельность всей клетки.

Метаботропные рецепторы могут как открывать, так и закрывать ионные каналы клетки (в отличие от ионотропных рецепторов, активация которых всегда приводит к открытию в норме закрытого ионного канала). Они могут вызвать повышение возбудимости клеточной мембраны при помощи закрытия калиевых каналов клетки, что приводит к удержанию положительных зарядов внутри клетки и уменьшению тока, необходимого для возникновения потенциала действия . Метаботропные рецепторы на пресинаптической мембране могут ингибировать (чаще) или стимулировать (реже) выделение нейромедиаторов из пресинаптического нейрона. Метаботропные рецепторы могут быть субклассифицированы в зависимости от используемых ими механизмов передачи сигнала и используемых систем вторичных посредников и эффекторов на рецепторные тирозинкиназы, G-белок-связанные рецепторы и гуанилатциклазы.

Вторичные посредники метаботропных рецепторов

Примечания

Для дополнительного чтения

• Zimmerberg, B. 2002. Dopamine receptors: A representative family of metabotropic receptors. Multimedia Neuroscience Education Project