Unabhängig von der Art des initiierenden Signals werden die zellulären Reaktionen durch das Vorhandensein von Rezeptoren bestimmt, die spezifisch die Signalmoleküle binden. Die Bindung von Signalmolekülen bewirkt eine Konformationsänderung im Rezeptor, die dann die nachfolgende Signalkaskade auslöst. Da chemische Signale entweder an der Plasmamembran oder innerhalb des Zytoplasmas (oder Kerns) der Zielzelle wirken können, ist es nicht verwunderlich, dass Rezeptoren auf beiden Seiten der Plasmamembran gefunden werden.,
Die Rezeptoren für impermeante Signalmoleküle sind membranspannende Proteine, die Komponenten sowohl außerhalb als auch innerhalb der Zelloberfläche enthalten. Die extrazelluläre Domäne solcher Rezeptoren umfasst die Bindungsstelle für das Signal, während die intrazelluläre Domäne intrazelluläre Signalkaskaden aktiviert, nachdem das Signal gebunden wurde. Eine große Anzahl dieser Rezeptoren wurde identifiziert und sind in drei Familien gruppiert, die durch den Mechanismus definiert sind, der verwendet wird, um die Signalbindung in eine zelluläre Antwort umzuwandeln (Abbildung 8.4 A-C).
Abbildung 8.,4
Kategorien zellulärer Rezeptoren. Membran-impermeante Signalmoleküle können entweder kanalgebundene Rezeptoren (A), enzymgebundene Rezeptoren (B) oder G-Protein-gekoppelte Rezeptoren (C) binden und aktivieren. Membranpermeante Signalmoleküle aktivieren intrazelluläre (mehr…)
Kanalgebundene Rezeptoren (auch Liganden-gated ion channels genannt) haben die Rezeptor-und Transduzierfunktionen als Teil desselben Proteinmoleküls., Die Wechselwirkung des chemischen Signals mit der Bindungsstelle des Rezeptors bewirkt das Öffnen oder Schließen einer Ionenkanalpore in einem anderen Teil desselben Moleküls. Der resultierende Ionenfluss verändert das Membranpotential der Zielzelle und kann in einigen Fällen auch zum Eintritt von Ca2 + – Ionen führen, die als zweites Boten-Signal innerhalb der Zelle dienen. Gute Beispiele für solche Rezeptoren sind die in Kapitel 7 beschriebenen Neurotransmitter-Rezeptoren.
Enzymgebundene Rezeptoren haben auch eine extrazelluläre Bindungsstelle für chemische Signale., Die intrazelluläre Domäne solcher Rezeptoren ist ein Enzym, dessen katalytische Aktivität durch die Bindung eines extrazellulären Signals reguliert wird. Die große Mehrheit dieser Rezeptoren sind Proteinkinasen, oft Tyrosinkinasen, die intrazelluläre Zielproteine phosphorylieren und dadurch die physiologische Funktion der Zielzellen verändern. Bemerkenswerte Mitglieder dieser Gruppe von Rezeptoren sind die Trk-Familie von Neurotrophinrezeptoren (siehe Kapitel 23) und andere Rezeptoren für Wachstumsfaktoren.,
G-Protein-gekoppelte Rezeptoren regulieren intrazelluläre Reaktionen durch einen indirekten Mechanismus, an dem ein intermediäres transduzierendes Molekül beteiligt ist, das als GTP-bindende Proteine (oder G-Proteine) bezeichnet wird. Da diese Rezeptoren alle das strukturelle Merkmal haben, die Plasmamembran siebenmal zu überqueren, werden sie auch als 7-Transmembranrezeptoren (oder metabotrope Rezeptoren; siehe Kapitel 7) bezeichnet. Hunderte von verschiedenen G-Protein-verknüpften Rezeptoren wurden identifiziert., Bekannte Beispiele sind der β-adrenerge Rezeptor, der Muscarininc – Typ des Acetylcholinrezeptors, metabotrope Glutamatrezeptoren, Rezeptoren für Geruchsmittel im Geruchssystem und viele Arten von Rezeptoren für Peptidhormone. Rhodopsin, ein lichtempfindliches 7-Transmembranprotein in retinalen Photorezeptoren, ist eine andere Form des G-Protein-verknüpften Rezeptors (siehe Kapitel 11).
Intrazelluläre Rezeptoren werden durch zellpermeante oder lipophile Signalmoleküle aktiviert (Abbildung 8.4 D)., Viele dieser Rezeptoren führen zur Aktivierung von Signalkaskaden, die innerhalb der Zielzelle neue mRNA und Proteine produzieren. Oft umfassen solche Rezeptoren ein Rezeptorprotein, das an einen inhibitorischen Proteinkomplex gebunden ist. Wenn das Signalmolekül an den Rezeptor bindet, dissoziiert der inhibitorische Komplex, um eine DNA-Bindungsdomäne auf dem Rezeptor freizulegen. Diese aktivierte Form des Rezeptors kann sich dann in den Kern bewegen und direkt mit der Kern-DNA interagieren, was zu einer veränderten Transkription führt. Einige intrazelluläre Rezeptoren befinden sich hauptsächlich im Zytoplasma, während sich andere im Kern befinden., In jedem Fall können diese Rezeptoren, sobald sie aktiviert sind, die Genexpression beeinflussen, indem sie die DNA-Transkription verändern.