Рецепторы

Основы жизнедеятельности живых систем
(нормальная физиология)
Рецепторы
к.м.н. доц. Кучук А.В.
РЕЦЕПЦИЯ –процесс восприятия и трансформации
(преобразования) энергии раздражителя в нервный импульс,
по средством мембранных и цитоплазматических процессов.
Функцию рецепции выполняют специальные образования –
рецепторы.
Виды:
•клеточные (молекулярные)
•сенсорные
Клеточные рецепторы
Клеточная (молекулярная ) рецепция осуществляется за счет
структур клеточной мембраной - клеточных рецепторов.
Клеточные рецепторы - белковые молекулы способные
связываться со специфическими для них лигандами
(молекулами биологически активного вещества - гормонами,
медиаторами, ионами и др.).
Белки-рецепторы контактируют с лигандом и активируют цепь
реакций определяющий физиологический ответ клетки на
данное вещество или лекарственного препарата (лиганд).
Клеточные рецепторы
Белки-рецепторы могут быть на мембране (трансмембранные
белки), либо находиться внутри клетки – в цитоплазме. Что
позволило выделить:
• мембранное лиганд-рецепторное взаимодействие
• цитоплазматическое (ядерное, внутриклеточное) лигандрецепторное взаимодействие
Цитоплазматические (внутриклеточные)
рецепторы
Внутриклеточное взаимодействие возможно лишь в случае,
лиофильных веществ (способных проникнуть сквозь
мембрану) –лиофильные рецепторы.
Лиганды: гормоны надпочечников и половых желез,
щитовидной железы, жирорастворимые витамины (А,D,Е,К).
Механизм действия:
• Лиганд связывается с рецептором в цитоплазме образуя
лиганд-рецепторный комплекс.
• Комплекс соеденяется с ДНК в ядре, активируя ее
транскрипцию.
• Синтезируется эффекторный белок (т.е. отвечающий за
определенную функцию клетки: канал, фермент и т.д.)
Мембранные рецепторы
Виды
Мембранные взаимодействие возможны в случае,
гидрофильных веществ
• Ионнотропные рецепторы (каналы) –
Белки-рецепторы сопряженные с
ионным каналом. Точка приложения,
для медиаторов (ацетилхолин,
норэпинефрин дофамин, серотонин,
гистамин и т.д.).
• Метаботропные рецепторы –
Белки-рецепторы сопряженные с
ферментами, системами ферментов
предающих сигнал в ядро
Мембранные рецепторы
Строение
• Трансмембранные белки пронизывают мембрану насквозь
•
1 раз – монотопные, N раз - политопные рецепторы.
В белковой молекуле выделяют участки в зависимости от
положения, по отношению к мембрану:
• Внеклеточный домен – NH2 содержит участок
связывания лиганда.
• Трансмембранные домены участок 7 раз
пронизывающий пронизывают мембрану
(семидоменные или серпантинные).
• Цитоплазматичесий домен (СООН),– каталитическая
активность, активация вторых посредников
Мембранные рецепторы
Строение
Мембранные рецепторы
Строение
• Рецепторы с
ферментативно
й активностью
• Рецепторы
сопряженные с
ферментами
• Рецепторы
сопряженные с
G - белками
Мембранные рецепторы
сопряженные с G - белками
Механизм работы:
• Активация рецептора
• Активация G – белка
• Активация фермента катализирующего оброзование второго
посредника
• Образование второго посредника
• Активация протеинкиназы
• Фосфорелирование эффекторного белка
• Изменение функции клетки
Мембранные рецепторы
сопряженные с G - белками
• Механизмы естественной инактивации сигнала
• Поглощение клеткой сигнального лиганда –
•
•
рецепторного комплекса путем эндоцитоза и его
внутриклеточного переваривания.
Десентизация (снижение чувствительности)
рецептора.
Разрушение эффекторной молекулы или
инактивация молекулы, активирующей рецептор.
Гидрофильные рецепторы относятся к мембранным белкам. Они погружены в липидный
бислой или пронизывают мембрану насквозь (трансмембранные белки) один раз –
монотопные рецепторы или многократно - политопные рецепторы. Лигандами для них
являются водорастворимые пептидные гормоны ( норадреналин, дофамин, серотонин,
гистамин и др.), факторы роста и цитокины.
Монотопные рецепторы имеют один трансмембранный участок – монотопный домен.
Они передают сигнал без участия G- белков.
Политопные рецепторы имеют: внеклеточный, трансмембранный и цитоплазматический
домены.
Внеклеточный домен –NH2 содержит участок связывания сигнальной молекулы. Это
самая большая часть белкового рецептора.
Трансмембранные домены имеются у политопных рецепторов, они пронизывают
мембрану семь раз ( семидоменные или серпантинные рецепторы), которые в качестве
начального активирующего субстрата используют G-белки смейства гуанозинтрифосфата
(ГТФазы). Эти рецепторы способны связывать разнородные классы лигандов.
Цитоплазматичесий домен (СООН), активируется после связывания с лигандом.
Свойство этого лиганда – каталитическая активность, включающая процессы окислительного
фосфорилирования АТФ, необходимые для реализации метаболических клеточных реакций.
.
ЖИЗНЕННЫЙ ЦИКЛ РЕЦЕПТОРА
1.Белки-рецепторы, синтезированные в ядрышке ядра после сложных взаимодействий с
транспортной РНК (т РНК) и информационной РНК (м РНК) выходят в цитоплазму.
2.Формирование, созревание и транспорт клеточных рецепторов в зернистую ЭПС. Эти
процессы проходят с поглощением энергии АТФ, образованной в митохондриях.
3.“Отпочковывание” рецептора от ЭПС и перемещение его к клеточной мембране или
локализация в цитоплпзме.
4.Взамодействие с лигандом с помощью активного центра связывания.
5.Передача сигнала на эффекторную структуру, открытие или закрытие ионных
каналов, активация специфических ферментов.
6.Та часть белков-рецепторов, которая в результате лиганд-рецепторного
взаимодействия теряет активность и разрушается, постоянно обновляется, заменяясь
новыми.
7.Часть рецепторов совершает сложные миграции в клетке, т.е. рециркулирует.
Связавшись с молекулой лиганда и доставив его к месту назначения, рецептор
освобождается и возвращается к мембране, чтобы снова повторить цикл. Такие
рецепторы участвуют в механизмах эндоцитоза ( рецепторо-опосредованный
эндоцитоз)
ЭТАПЫ УСИЛЕНИЯ СИГНАЛА
1 –ый этап. Сигнал передается через мембрану путем взаимодействия трех встроенных в
нее и связанных с ней белков: рецептора, G-белка и аденилатциклазы (АЦ).
2- ой этап. Активация АЦ катализирует гидролиз АТФ с образованием вторичного
посредника цАМФ (циклического аденозинмонофосфата) в присутствии ионов Мg2+ и Са2+,
а также цГМФ (циклического гуанозинмонофосфата) из гуанинтрифосфата (ГТФ). Далее
происходит фосфорилирование цАМФ-зависимой протеинкиназы, которая в свою очередь
способствует синтезу белка, открытию ионных каналов и физиологическому ответу клетки.
МОЛЕКУЛЯРНЫЕ РЕЦЕПТОРЫ КАК ОБЪЕКТ ПРИЛОЖЕНИЯ ЛЕКАРСТВЕННЫХ
СРЕДСТВ
Взаимодействие “рецептор-лекарственное средство (ЛС) имеет общие
механизмы. ЛС оказывает свое действие через рецепторы, ферменты и
вмешательство в метаболические процессы внутри клетки. Действии ЛС может быть
усиливающим или подобным естественному лиганду (агонистическим), или
блокирующим, противоположным естественному лиганду (антагонистическим).
Агонисты (активаторы), благодаря сходству с естественными лигандами
связывапются с рецептооами и стимулирут их, но действуют более
продолжительное время в связи с большей устойчивостью агонистов к разрушению
(пример- адреналин → агонист эфедрин, ацетилхолин → агонист карбахолин).
Антагонисты (блокатоы), занимая рецепторы, не вызывают их активацию, но и
не позволяют естественному лиганду активировать рецепторы (пример- Мацетилхолин → блокатор атропин.
Прекращение действия ЛС на уровне рецептора обусловлено следующими
причинами:
Эффект продолжается пока лекарство занимает рецептор и автоматически
прекращается при его диссоциации.
Эффект может продолжаться, пока не синтезируются новые рецепторы,
заменяющие инактивированные.
Некоторые рецепторы имеют механизм десенситизации- после достижения высокого
уровня ответ постепенно уменьшается в течение секунд или минут даже несмотря
на постоянное присутствие агониста.
Сенсорные рецепторы
Сенсорные рецепторы – это специализированные, нервные
образования (нейрон-рецептор, нейрон+дорецепторный
аппарат), позволяющие воспринимать внешние и
внутренние раздражители.
Они представляют собой первую часть рефлекторной дуги,
преобразуют энергию раздражителя внешней и внутренней
среды в возбуждение (биоэлектрические импульсы),
таким образом, кодируя информацию о свойства
раздражителей.
Сенсорные рецепторы
Классификация
По детекции (определяемому
раздражителю)
• механорецепторы
• терморецепторы
• хеморецепторы
• фоторецепторы
• ноцицепторы
По способности генерировать
возбуждение (ПД)
• первичночувствующие
• вторичночувствующие
По адаптации
• быстроадаптирующиеся
• медленноадаптирующиеся
Сенсорные рецепторы
Классификация
По модальности
• мономодальные
– зрительные
– слуховые
– вестибулярные
– вкусовые
– обонятельные
– проприорецепторные
– соматосенсорные
• полимодальные
По местоположению в
организме
• экстерорецепторы
(по дальнодействию:
• контактные
• дистантные)
• интерорецепторы
Сенсорные рецепторы
Свойства
•
Специфичность (зрительные, слуховые и т.д.)
•
Высокая чувствительность к адекватному раздражителю.
•
Ритмическая стимуляция.
•
Способность к адаптации.
•
Мобильность.
•
Специализация (on - и оff-pецепторы).
•
Кодирование информации.
Сенсорные рецепторы
Свойства (адаптация)
Сенсорные рецепторы
Свойства
(кодирование информации)
Кодирование – это преобразование информации в условную
форму (код).
В организме человека кодированием информации является
преобразование энергии (и свойств) раздражителя в
нервный импульс.
Рецептора кодируют информацию о:
• о качестве (модальности) раздражителя
• о силе (амплитуде) раздражителя
• о времени действия раздражителя
• о пространственном расположении раздражителя
Сенсорные рецепторы
Свойства
(кодирование информации)
Кодирование качества (модальности) раздражителя
осуществляется:
• избирательностью рецептора к раздражителю - рецептор
фиксирует то качество которое способен определять
(терморецептор – температуру, ноне звук и т.д.) т.е.
модальностью рецептора.
• месторасположением (топически) - связь (цепь нейронов,
соединенных синапсами) пространственной зоны
восприятия раздражителя – рецепторного поля
(рецепторное поле – это рецепторы, связанных с одним
афферентным волокном) со своим представительством в
коре мозга (принцип «меченой линии»).
• частотно - порядком следования импульсов и промежутков
между ними (некая азбука Морзе) - паттернами (принцип
«структуры ответа»).
Сенсорные рецепторы
Свойства
(кодирование информации)
Кодирование силы раздражителя осуществляется:
• частотно – количеством импульсов за единицу
времени (a=10, b=5; значит раздражитель a
сильней чем b)
• пространственно - включение в ответ на
раздражитель большего числа нейронов (a=50
нейронов передающих по 1000 импульсов в 1
минуту каждый, b =25 нейронов передающих по
1000 импульсов в 1 минуту каждый; раздражитель a
сильней чем b)
Сенсорные рецепторы
Свойства
(кодирование информации)
Кодирование времени действия раздражителя
осуществляется:
• временным способом – длительностью во времени действия
раздражителя
• пространственно – активация on-нейронов при начале
действия раздражителя, активация off –нейронов при
завершении действия раздражителя.
Сенсорные рецепторы
Свойства
(кодирование информации)
Кодирование пространственного расположении раздражителя
осуществляется:
• пространственно
– наличие у каждого рецепторного поля своего
представительства в коре (и других отделах) мозга.
– “перекрытия” различных рецепторных полей. При этом
слабые раздражители контактируют с наиболее
чувствительными рецепторами и вовлекают в
возбуждение менее чувствительные.
В заключении, следует отметить, что некоторые способы
кодирования информации используются при передаче по
нервам и в ЦНС.
Благодарю за работу!