§ 5. Види рецепторів. Сприйняття сигналів

Як ви вже знаєте, тварини сприймають різноманітні подразнення за допомогою рецепторів, які у відповідь на подразнення створюють потенціал дії та передають його нейронам нервової системи.

Рецептори тварин дуже різноманітні. Тому існує кілька варіантів класифікації рецепторів тварин. Так, за розташуванням в організмі рецептори поділяють на екстерорецептори (сприймають зовнішні подразнення) та інтерорецептори (сприймають внутрішні подразнення). Різняться вони і за кількістю типів подразнень, які можуть сприймати.

Більшість рецепторів, як, наприклад, рецептори сітківки, сприймають тільки один тип подразника. Але є рецептори, наприклад больові, які здатні сприймати кілька різних типів подразнень. Больові рецептори — це спеціалізовані клітини, які сприймають дію факторів, що пошкоджують організм (механічних, термічних, хімічних).

Мал. 5.1. 1 — тепла і розтягнення (тільце Руффіні); 2 — розтягнення, тиску, а також хеморецептор (тільце Пачіні); 3 — холоду (колба Краузе); 4 — дотику (тільце Мейснера); 5 — дотику (тільце Меркеля); 6 — механорецептори кореня волосини; 7 — температури, дотику і болю (вільні нервові закінчення)

У багатьох випадках рецептори певного типу зосереджені в одному органі, як, приміром, фоторецептори ока. Але існують органи, які містять велику кількість різних рецепторів. Прикладом таких органів є шкіра ссавців (у тому числі й людини) (мал. 5.1). У шкірі є рецептори дотику, тиску, температури, болю.

Види рецепторів

Вид рецепторів

Які подразнення сприймає

Приклади

Молекули певних речовин

Нюхові та смакові рецептори

Механічні стимули (тиск, коливання, дотик тощо)

Рецептори дотику, барорецептори

Холодові та теплові рецептори шкіри

Рецептори внутрішніх органів, які контролюють стан внутрішнього середовища організму

Рецептори електричних органів риб

Рецептори перелітних птахів, які дозволяють їм орієнтуватися за допомогою магнітного поля

Рецептори болю у ссавців

Фоторецептори

Фоторецептори забезпечують тваринам зір. Вони можуть бути розподілені по всьому тілу або зосереджуватися в очах тварини. Існують різні типи фоторецепторів. Так, у ссавців у сітківці є рецептори — колбочки, які сприймають тільки певну частину спектра, вони забезпечують кольоровий зір. В очах тварин може бути кілька типів колбочок. Крім того, в очах ссавців є рецептори — палички, які сприймають увесь спектр видимого світла й забезпечують сутінковий зір.

Інші групи тварин можуть мати інші типи фоторецепторів. Так, у бджіл є рецептори, які сприймають поляризоване світло.

Хеморецептори

Хеморецептори є найдавнішими з рецепторів тварин. Вони сформувалися ще в одноклітинних еукаріотів, від яких походять багатоклітинні тварини. Хеморецептори забезпечують такі відчуття, як нюх і смак. Принцип роботи цих рецепторів полягає у їх взаємодії з певними молекулами на поверхні клітин. У більшості тварин ці рецептори зосереджені у спеціальних органах (носі ссавців, вусиках комах і ракоподібних тощо). Хоча трапляються й інші варіанти. Наприклад, у мух рецептори смаку розташовані на ногах.

Механорецептори

Механорецептори тварин сприймають механічні подразнення і забезпечують такі відчуття, як дотик, слух, рівновага тощо. Вони можуть розташовуватися як на поверхні тіла (дотикові рецептори), так і у внутрішніх органах (пропріорецептори або рецептори м’язового відчуття, слухові рецептори).

Рецептори, які розташовані на поверхні тіла, можуть сприймати подразнення безпосередньо, а можуть використовувати для цього якісь структури. Так, механорецептори у ссавців приєднуються до основи чутливих волосків — вібрисів, які виконують роль органа дотику.

Теплові рецептори

Теплові рецептори, як і механорецептори, можуть розташовуватися і на поверхні тіла, і у внутрішніх органах. Рецептори внутрішніх органів, які контролюють температуру, є дуже важливими для гомойотермних тварин, наприклад птахів або ссавців. З їхньою допомогою вони можуть підтримувати потрібний рівень температури тіла.

Рецептори на поверхні тіла «відстежують» температуру зовнішнього середовища. У ссавців таких рецепторів два типи: холодові визначають температуру, яка є нижчою за температуру тіла, а теплові — температуру, яка є вищою за температуру тіла. У деяких тварин, скажімо ямкоголових змій, терморецептори використовуються для полювання на теплокровну здобич.

Сприйняття сигналів та поріг збудливості

Сприйняття сигналів рецепторами у тварин може відбуватися за рахунок сигнальних структур на поверхні мембрани або спеціальних рецепторних білків. Такими білками є, наприклад, опсини, які знаходяться в колбочках сітківки. Кожен тип колбочок містить свій власний опсин (у людей їх три), який сприймає властиву тільки йому частину спектра видимого світла.

Після сприйняття подразнення сигнал від рецептора передається до нервової системи і потім надходить у мозок, де й аналізується. Слід відзначити, що для кожного виду рецепторів існує власний поріг подразнення — найменша величина сили подразника, на яку реагує рецептор, виробляючи потенціал дії. Для одного типу рецепторів у різних видів тварин ця величина може суттєво різнитися.

Ключова ідея

Рецепторами називають нервові закінчення або спеціалізовані клітини, які у відповідь на подразнення створюють потенціал дії та передають його нейронам нервової системи. Існує багато видів рецепторів: фоторецептори, хеморецептори, механорецептори тощо. Аби рецептор зміг генерувати сигнал, сила подразника повинна перевищувати певну величину — поріг подразнення.

Запитання та завдання

1. Які переваги дає мухам розташування рецепторів смаку на їхніх ходильних ногах? 2. Навіщо тваринам потрібні барорецептори (рецептори тиску)?

Рецептор – визначення, структура, типи, механізм, значення, приклади

Рецептори — це спеціалізовані білкові структури, невід’ємні від клітинної комунікації та механізмів відповіді. Вони в першу чергу класифікуються залежно від розташування в стільниковому зв’язку на:

1. Внутрішні рецептори: Ці рецептори розташовані всередині клітини і відповідають за реагування на сигнали, які проникають через клітинну мембрану. Основні типи внутрішніх рецепторів включають:
   • Рецептори факторів росту: вони мають ключове значення для модуляції росту, диференціювання та розвитку клітин. Примітні приклади охоплюють:
     • Рецептор нейротрофіну
     • Рецептор FGF (рецептор фактора росту фібробластів)
     • Рецептор EGF (рецептор епідермального фактора росту)
     • Рецептор IGF (рецептор інсуліноподібного фактора росту)
     • Рецептор PDGF (рецептор тромбоцитарного фактора росту)
     • Рецептор VEGF (рецептор фактора росту ендотелію судин)
   • Рецептори цитокінів: Ці рецептори, необхідні для клітинного спілкування, сприяють взаємодії клітин із позаклітинним середовищем. Вони відіграють важливу роль у експресії генів, вивільненні медіаторів і змінах клітинного циклу.
2. Рецептори клітинної поверхні: Розташовані на клітинній мембрані, ці рецептори виявляють зовнішні сигнали та передають їх у клітину. Основні рецептори клітинної поверхні включають:
   • В клітинні рецептори: В-клітини, або В-лімфоцити, виникають у кістковому мозку та циркулюють у крові та лімфатичній системі. Їх основною роллю є виробництво антитіл проти чужорідних організмів або патогенів, що відіграє вирішальну роль у адаптивному імунітеті та ініціації алергічних реакцій.
   • Т-клітинні рецептори: Т-клітини, підгрупа лімфоцитів, дозрівають у вилочковій залозі. Їх основна функція – боротися з хвороботворними мікроорганізмами і забезпечити їх виведення з організму.
   • Рецептори гранулоцитів: Ці імунні клітини містять гранули та вивільняють ферменти під час інфекцій, алергії та епізодів астми. Категорія гранулоцитів включає три лейкоцити типи: базофіли, еозинофіли та нейтрофіли.

По суті, рецептори є молекулярними воротарями клітин, сприяючи точним реакціям на різноманітні зовнішні та внутрішні сигнали, забезпечуючи належне функціонування та виживання клітини.

Будова рецепторів

Рецептори – це складні білкові структури, які відіграють ключову роль у клітинному спілкуванні. Їх структурне різноманіття можна розділити на кілька основних типів, кожен з яких має різні характеристики:

1. Іонні канали, керовані лігандом (іонотропні рецептори): Ці рецептори реагують на швидкі нейромедіатори, такі як ацетилхолін (нікотиновий) і ГАМК. Після активації вони модулюють потік іонів через мембрани. Структурно вони гетеромерні, кожна субодиниця містить позаклітинний ліганд, що зв’язується домен і трансмембранний домен, що містить чотири альфа-спіралі. Інтерфейс між субодиницями містить порожнини, що зв’язують ліганд.
2. G Рецептори, зв’язані з білком (метаботропні рецептори): Представляючи найбільш широке сімейство рецепторів, ці рецептори взаємодіють з гормонами та повільними передавачами, такими як дофамін і метаботропний глутамат. Їхня структура охоплює сім трансмембранних альфа-спіралей, з’єднаних петлями, які утворюють як позаклітинні, так і внутрішньоклітинні домени. Місця зв’язування ліганду змінюються залежно від розміру та природи ліганду. Ці рецептори пов’язані з різними внутрішньоклітинними ефекторними системами через G-білки, які є гетеротримерами, що складаються з α (альфа), β (бета) і γ (гамма) субодиниць. Активація білка G індукує структурні зміни, полегшуючи обмін GDP-GTP і подальшу дисоціацію субодиниці.
3. Зв’язані з кіназою та пов’язані з нею рецептори: Ці рецептори мають позаклітинний домен для зв’язування ліганду та внутрішньоклітинний домен, часто з ферментативними властивостями, з’єднаний єдиною трансмембранною альфа-спіраллю. Прикладом цієї категорії є рецептор інсуліну.
4. Ядерні рецептори: Всупереч своїй назві, ці рецептори спочатку розташовані в цитоплазмі та мігрують до ядра після зв’язування ліганду. Їхня структура включає С-кінцеву ліганд-зв’язувальну ділянку, стрижневий ДНК-зв’язуючий домен (DBD) і N-кінцевий домен, що містить ділянку AF1 (функція активації 1). Подвійні цинкові пальці центральної області дозволяють розпізнавати послідовність ДНК, специфічну для рецептора. N-кінцевий домен може взаємодіяти з іншими факторами транскрипції, модулюючи активність рецептора. Класичними представниками цієї категорії є рецептори стероїдних і тиреоїдних гормонів.

Щоб вивчити ці рецептори, їх можна виділити з клітинних мембран за допомогою складних методів екстракції, що включають розчинники, детергенти та афінне очищення. Біофізичні методології, включаючи рентгенівську кристалографію, ЯМР, круговий дихроїзм та подвійну поляризаційну інтерферометрію, пропонують зрозуміти структуру та функції рецепторів. Крім того, комп’ютерне моделювання забезпечує динамічну перспективу механізмів рецепторів.

Прив’язка та активація

Спектр ефективності рецепторних лігандів. | Джерело зображення: Boghog2, суспільне надбання, через Wikimedia Commons

Рецептори відіграють ключову роль у клітинній сигналізації, і їхня функція тісно пов’язана зі зв’язуванням специфічних молекул, відомих як ліганди. Взаємодія між лігандами та рецепторами регулюється принципами рівноваги та може бути представлена ​​рівнянням:

Тут L позначає ліганд, R позначає рецептор, а LR позначає комплекс ліганд-рецептор.

Спорідненість ліганду до його рецептора є вирішальним параметром, обернено пропорційним константі дисоціації (Kd). Висока афінність вказує на низьке значення Kd, що означає сильну взаємодію ліганд-рецептор. Однак саме по собі зв’язування не гарантує біологічної реакції; значна кількість рецепторів повинна бути активована, щоб викликати відповідь.

Спорідненість та ефективність: Спорідненість вимірює схильність ліганду зв’язуватися з рецептором, тоді як ефективність вимірює здатність зв’язаного ліганду активувати рецептор. Ліганди можна класифікувати на основі їх ефектів:

• Агоністи: Це молекули, які можуть активувати рецептори, що призводить до потужної біологічної реакції. Ендогенний ліганд з найвищою ефективністю для рецептора називається повним агоністом.
• Часткові агоністи: вони зв’язують і активують рецептори, але не досягають максимальної ефективності.
• Антагоністи: Ці молекули зв’язуються з рецепторами, не активуючи їх, тим самим блокуючи зв’язування та дію агоністів. Антагоністи можуть бути конкурентними, змагаючись з агоністом за рецептор, або необоротними, утворюючи міцні зв’язки, які повністю блокують рецептор.
• Зворотні агоністи: вони зменшують активність рецепторів, пригнічуючи їх притаманну активність.
• Алостеричні модулятори: Ці молекули зв’язуються з сайтами, відмінними від первинного сайту зв’язування ліганду, модулюючи відповідь рецептора на агоніст.

Важливо розуміти, що терміни агонізм і антагонізм стосуються виключно взаємодії ліганд-рецептор, а не їх більш широких біологічних ефектів.

Установча діяльність: Деякі рецептори виявляють конститутивну активність, тобто вони можуть викликати біологічну відповідь навіть за відсутності зв’язаного ліганду. Зворотні агоністи можуть блокувати цю активність. Наприклад, рецептор ГАМК, який демонструє конститутивну активність, може бути інгібований бета-карболіном, зворотним агоністом. Мутації, що призводять до підвищеної конститутивної активності, можуть призвести до захворювань, таких як передчасне статеве дозрівання або гіпертиреоз, через змінені функції рецепторів гормонів.

Теорії взаємодії ліків і рецепторів

1. Теорія окупації: Виходячи з ранніх фармакологічних концепцій, ця теорія стверджує, що фармакологічний ефект препарату прямо пропорційний кількості рецепторів, які він займає. Як тільки препарат відділяється від рецептора, його дія припиняється. Два ключових терміни, введені Ariëns & Stephenson для опису дій лігандів:
   • Спорідненість: являє собою схильність лікарського засобу зв’язуватися з рецептором, утворюючи комплекс препарат-рецептор.
   • Ефективність: Позначає здатність препарату викликати відповідь після утворення комплексу ліки-рецептор.
2. Теорія курсу: Пропонуючи відмінну від теорії зайнятості перспективу, теорія швидкості припускає, що активація рецепторів залежить від кумулятивних зустрічей між наркотиком і його рецепторами протягом певного періоду часу. Фармакологічний ефект пов’язаний зі швидкістю асоціації та дисоціації ліків, а не простого заповнення рецепторів. Наркотики можна класифікувати на основі таких показників:
   • Агоніст: Виявляє швидку асоціацію та дисоціацію.
   • Частково-агоніст: Характеризується помірним рівнем асоціації та дисоціації.
   • антагоніст: Швидко зв’язується з рецепторами, але повільно дисоціює.
3. Теорія індукованої відповідності: Ця теорія постулює, що коли лікарський засіб наближається до свого рецептора, рецептор зазнає конформаційного зсуву, оптимізуючи його сайт зв’язування для розміщення лікарського засобу, що призводить до утворення комплексу ліки-рецептор.
4. Концепція запасних рецепторів: Певні рецепторні системи, прикладом яких є система ацетилхоліну в гладкій м’яз, мають унікальну здатність виробляти максимальну відповідь, навіть коли мізерна частка рецепторів ( <1%) зайнята агоністами. Вважається, що такі системи мають резервуар запасних рецепторів. Ця конфігурація забезпечує ефективний механізм синтезу та вивільнення нейромедіаторів.

По суті, ці теорії забезпечують комплексну структуру для розуміння тонкої динаміки, що регулює взаємодію між ліками та рецепторами, закладаючи основу для прогресу в терапевтичних стратегіях.

Регуляція рецепторів

У складному клітинному середовищі регуляція рецепторів відіграє ключову роль у забезпеченні відповідних клітинних відповідей на зовнішні подразники. Це регулювання є багатогранним і охоплює кілька механізмів:

1. Модуляція щільності рецептора: Клітини мають властиву здатність регулювати щільність специфічних рецепторів на своїй поверхні. Це досягається за допомогою двох основних процесів:
   • Підвищена регуляція: збільшення кількості рецепторів, що підвищує чутливість клітини до певного гормону або нейромедіатора.
   • Законодавче регулювання: Зменшення кількості рецепторів, що зменшує реакцію клітини на специфічні молекули. Ця модуляція діє як локальна механізм зворотного зв’язку, дозволяючи клітинам точно налаштовувати свою реакцію на основі переважаючого позаклітинного середовища.
2. Конформаційні зміни: Деякі рецептори зазнають структурних змін, які перешкоджають зв’язуванню агоністів, навіть якщо агоніст присутній. Це явище особливо спостерігається в рецепторах іонних каналів, де зміна конформації рецептора гарантує, що зв’язування агоніста не активує рецептор.
3. Рецепторно-ефекторне роз’єднання: У деяких сценаріях ефекторні молекули, пов’язані з рецепторами, роз’єднуються. Це переважно спостерігається в G-білкових рецепторах, де рецептор все ще може зв’язуватися зі своїм лігандом, але подальший внутрішньоклітинний сигнальний каскад переривається через це роз’єднання.
4. Секвестрація рецепторів: Іншим регуляторним механізмом є секвестрація або інтерналізація рецепторів. У цьому процесі рецептори проникають у клітину, ефективно видаляючи їх з поверхні клітини та роблячи їх недоступними для зв’язування ліганду. Прикладом цього є контекст гормональних рецепторів, де інтерналізація забезпечує контрольовану відповідь на гормональні сигнали.

Підводячи підсумок, можна сказати, що регуляція динаміки рецепторів є складною взаємодією різних механізмів, що забезпечує збалансовану та відповідну відповідь клітин на зовнішні сигнали. Ця регуляція має вирішальне значення для підтримки клітин гомеостазу і забезпечення точної стільникової сигналізації.

Приклади лігандів

Рецептори, невід’ємні від клітинної сигналізації, взаємодіють з безліччю лігандів, кожен з яких демонструє унікальні характеристики та функції. Величезність цього ландшафту взаємодії очевидна у великій родині рецепторів, зв’язаних з білком G (GPCR), яка одна може похвалитися понад 810 різними членами. Ліганд-контрольовані іонні канали (LGICs) ще більше урізноманітнюють цей ландшафт, взаємодіючи з безліччю ендогенних лігандів.

• Глутамат: Взаємодіє з іонотропними рецепторами, такими як NMDA, AMPA та каїнатні рецептори, полегшуючи потік іонів, таких як Na+, K+ та Ca2+. Екзогенно такі сполуки, як кетамін, можуть модулювати ці взаємодії. На метаботропному фронті рецептори глутамату (mGluR) знаходяться під впливом білків G, таких як Gq або Gi/o.
• GABA: GABAA рецептори, включаючи варіант GABAA-rho, переважно забезпечують потік іонів Cl−. Бензодіазепіни є екзогенними лігандами для цих рецепторів. Крім того, рецептор GABAB, GPCR, працює через білок Gi/o G і може модулюватися такими сполуками, як баклофен.
• Ацетилхолін: Нікотиновий ацетилхоліновий рецептор (nAChR) полегшує проходження іонів Na+, K+ та Ca2+. Нікотин є відомим екзогенним лігандом. Мускаринові ацетилхолінові рецептори (mAChR), з іншого боку, функціонують через білки Gq або Gi і на них може впливати мускарин.
• серотонін: Рецептор 5-HT3 є іонним каналом, який пропускає іони Na+ і K+. Різні GPCR, такі як 5-HT1-2 або 4-7, діють через білки G, такі як Gs, Gi/o або Gq.
• ATP: P2X рецептори є іонними каналами, які полегшують рух іонів Ca2+, Na+ та Mg2+. Рецептори P2Y, GPCR за своєю природою, функціонують через білки Gs, Gi/o або Gq G.
• допамін: Рецептори дофаміну, які є GPCR, працюють через білки Gs або Gi/o G.

• EGFR: Зв’язується з ендогенним лігандом EGF. Гефітиніб є екзогенним лігандом.
• Рецептор інсуліну: Взаємодіє з гормоном інсуліном. Хетохромін є екзогенним модулятором.
• VEGFR: Зв’язується з VEGF. Ленватініб є екзогенним лігандом.

• циклічні іонні канали, керовані нуклеотидами: Взаємодіє з цГМФ (під час зору) та цАМФ або цГТФ (під час нюху), полегшуючи потік іонів Na+ і K+.
• рецептор IP3: Зв’язується з IP3, пропускаючи іони Ca2+.
• Ріанодиновий рецептор: Взаємодіє з Ca2+, полегшуючи його рух.

По суті, сфера взаємодій рецептор-ліганд велика і заплутана, причому кожна пара ліганд-рецептор відіграє ключову роль у клітинній сигналізації та функції.

Переваги Рецептора

Рецептори — це спеціалізовані білкові молекули, які відіграють центральну роль у клітинному спілкуванні та відповіді на зовнішні та внутрішні подразники. Їх присутність і функція надають організмам кілька переваг:

1. Специфіка: Рецептори дуже специфічні для своїх лігандів, що гарантує, що клітини реагують лише на відповідні сигнали. Ця специфічність мінімізує помилкові реакції та забезпечує точні дії клітин.
2. Посилення: Зв’язування ліганду з його рецептором може викликати каскад внутрішньоклітинних подій, посилюючи початковий сигнал. Це означає, що навіть невелика кількість взаємодій ліганд-рецептор може призвести до значної клітинної відповіді.
3. Модуляція: Рецептори дозволяють точно налаштовувати відповіді. Залежно від клітинного контексту одна й та сама взаємодія ліганд-рецептор може призводити до різних результатів, забезпечуючи гнучкість клітинних реакцій.
4. Швидкий відгук: Багато дій, опосередкованих рецепторами, особливо ті, що включають іонні канали або вторинні месенджери, відбуваються швидко, дозволяючи клітинам швидко адаптуватися до змін у навколишньому середовищі.
5. Інтеграція сигналів: Деякі рецептори можуть інтегрувати кілька сигналів, дозволяючи клітинам приймати скоординовані рішення на основі різних вхідних даних. Це особливо важливо в складних фізіологічних процесах, таких як імунна відповідь або нейронна обробка.
6. Механізми зворотного зв’язку: Рецептори забезпечують петлі зворотного зв’язку, коли результат опосередкованого рецептором процесу може впливати на активність самого рецептора. Це може призвести до підвищення чи зниження регуляції кількості або активності рецепторів, дозволяючи клітинам адаптуватися до хронічних або мінливих умов.
7. Терапевтичні цілі: Специфіка та центральна роль рецепторів у фізіологічних процесах роблять їх ідеальними мішенями для терапевтичних втручань. Багато препаратів призначені для модуляції активності рецепторів, надаючи засоби для лікування різних захворювань.
8. Різноманітність та еволюційна адаптація: велика різноманітність рецепторів дозволяє організмам виявляти широкий спектр подразників і реагувати на них. З часом еволюції поява нових рецепторів або модифікація існуючих може забезпечити адаптивні переваги.
9. захист: Рецептори на імунних клітинах можуть розпізнавати чужорідні або шкідливі сутності, запускаючи захисні реакції. Це розпізнавання має вирішальне значення для імунної системи, щоб розрізняти себе і не-своє, захищаючи організму від інфекцій.
10. Чуттєве сприйняття: Рецептори в органах чуття дозволяють організмам взаємодіяти з навколишнім середовищем, сприймати зміни та приймати відповідні поведінкові рішення. Це життєво важливо для виживання, розмноження та загального благополуччя.

По суті, рецептори надають організмам здатність сприймати, інтерпретувати та реагувати на навколишнє середовище контрольованим і скоординованим чином. Їх переваги полягають у їх специфічності, адаптивності та центральній ролі в опосередкуванні широкого спектру фізіологічних процесів.

Недоліки рецептора

1. Надмірна чутливість: Гіперактивність або надмірна експресія певних рецепторів може призвести до надмірних клітинних реакцій. Наприклад, надмірна активність рецепторів може сприяти алергічним реакціям або аутоімунним захворюванням.
2. Мішень для патогенів: Багато патогенів, включаючи віруси та бактерії, використовують специфічні рецептори для проникнення в клітини. Наприклад, вірус ВІЛ зв’язується з рецептором CD4 на певних імунних клітинах, щоб заразити їх.
3. Десенсибілізація: Постійний вплив ліганду може призвести до десенсибілізації рецептора, коли рецептор з часом стає менш чутливим. Це може бути проблематично в таких ситуаціях, як хронічне вживання наркотиків, коли для досягнення того самого ефекту потрібні вищі дози.
4. Перехресна реактивність: Деякі рецептори можуть зв’язуватися з ненавмисними лігандами, що призводить до небажаних клітинних реакцій. Це можна спостерігати у випадках побічної дії ліків або алергічних реакцій на речовини подібної структури.
5. Мутації: Генетичні мутації в генах рецепторів можуть змінювати функцію рецепторів, що призводить до захворювань або розладів. Наприклад, мутації гормональних рецепторів можуть призвести до ендокринних розладів.
6. Комплексне регулювання: Складна регуляція рецепторів, що включає різні кофактори та вторинні месенджери, іноді може призводити до непередбачуваних або нелінійних реакцій.
7. Залежність: Клітини можуть стати надмірно залежними від певних опосередкованих рецепторами шляхів, що робить їх уразливими, якщо цей шлях порушується.
8. Терапевтичні виклики: Хоча рецептори є мішенями для багатьох ліків, той самий рецептор може експресуватися в багатьох тканинах. Це може призвести до ненавмисних ефектів у нецільових тканинах, ускладнюючи терапевтичні втручання.
9. Законодавче регулювання: тривалий вплив високих рівнів ліганду може призвести до зменшення кількості доступних рецепторів, процес називається зниженням регуляції. Це може знизити чутливість клітини до цього ліганду.
10. Можливість надмірної компенсації: У механізмах зворотного зв’язку блокування або посилення одного опосередкованого рецептором шляху може призвести до надмірної компенсації іншого шляху, потенційно викликаючи дисбаланс у клітинних функціях.

Підсумовуючи, хоча рецептори є основоположними для багатьох фізіологічних процесів, їхні властиві характеристики та складність їх регулювання також можуть призвести до вразливості, викликів і потенційних недоліків у певних контекстах.

Важливість рецептора

Рецептори відіграють ключову роль у фізіології та біохімії організмів, діючи як первинні медіатори клітинних реакцій на зовнішні та внутрішні подразники. Їхнє значення охоплює широкий спектр біологічних процесів:

1. Передача сигналу: Рецептори є невід’ємною частиною процесу передачі сигналу, де вони отримують сигнали, часто у формі молекул або іонів, і перетворюють їх у клітинні відповіді. Це дозволяє клітинам спілкуватися та координувати дії.
2. Посередництво фізіологічних реакцій: Гормони, нейротрансмітери та інші сигнальні молекули здійснюють свою дію, зв’язуючись зі специфічними рецепторами. Наприклад, інсулін зв’язується зі своїм рецептором, щоб регулювати поглинання глюкози, а нейротрансмітери, такі як серотонін або дофамін, зв’язуються з відповідними рецепторами в мозку, щоб модулювати настрій і поведінку.
3. Фармакологічні цілі: багато ліків здійснюють свій терапевтичний ефект, взаємодіючи з рецепторами. Активуючи (агоністи) або пригнічуючи (антагоністи) ці рецептори, ліки можуть модулювати фізіологічні процеси. Цей принцип є основою для багатьох терапевтичних втручань у медицині.
4. Регуляція експресії генів: Деякі рецептори, особливо внутрішньоклітинні рецептори, такі як рецептори стероїдних гормонів, безпосередньо впливають на експресію генів. Після зв’язування ліганду ці рецептори переміщуються в ядро ​​і взаємодіють з ДНК, регулюючи транскрипцію специфічних генів.
5. Адаптивні механізми: Рецептори можуть регулюватися вгору або вниз залежно від потреб клітин. Наприклад, в умовах хронічного впливу певного ліганду клітини можуть зменшити кількість рецепторів (понижена регуляція), щоб зменшити чутливість. І навпаки, за відсутності ліганду клітини можуть збільшувати кількість рецепторів (підвищення регуляції) для підвищення чутливості.
6. Імунні відповіді: Рецептори на імунних клітинах розпізнають патогени або чужорідні речовини, викликаючи імунну відповідь. Наприклад, Т-клітинні рецептори (TCR) на Т-лімфоцитах розпізнають антигени, що призводить до імунної активації проти патогенів.
7. Чуттєве сприйняття: Рецептори в органах чуття виявляють зовнішні подразники, дозволяючи організмам сприймати навколишнє середовище. Фоторецептори в очах сприймають світло, тоді як нюхові рецептори в носі розпізнають різні запахи.
8. Ендоцитоз і транспорт: Деякі рецептори опосередковують транспортування великих молекул у клітини через процес, який називається рецептор-опосередкований ендоцитоз. Наприклад, рецептори ліпопротеїнів низької щільності (ЛПНЩ) сприяють поглинанню холестерину клітинами.
9. Клітинна адгезія: певні рецептори, такі як інтегрини, відіграють роль у клітинній адгезії, допомагаючи клітинам прикріплюватися до позаклітинного матриксу або інших клітин. Це має вирішальне значення для цілісності тканин і клітинного зв’язку.
10. Розвиток і диференціація: Рецептори відіграють важливу роль у ембріональному розвитку, керуючи диференціюванням клітин і формуванням тканин. Наприклад, рецептори факторів росту регулюють проліферацію та диференціювання клітин під час розвитку.

Таким чином, рецептори є фундаментальними для заплутаної мережі клітинного зв’язку та механізмів відповіді в біологічних системах. Їх багатогранна роль підкреслює їхню важливість у підтримці гомеостазу, опосередкуванні фізіологічних процесів і служінні терапевтичними мішенями в медицині.

Приклади рецептора

Рецептори відіграють ключову роль у різних фізіологічних процесах, слугуючи основним інтерфейсом для клітинних реакцій на зовнішні стимули. Ось два ілюстративних приклади рецепторів і їх складних функцій:

Приклад мембранних рецепторів. – Мембранні рецептори – це білки, які взаємодіють із зовнішніми лігандами. Ці ліганди зв’язуються з рецептором на основі форми активного центру білка. Після зв’язування ліганду рецептор вивільняє месенджер всередині клітини. | Автор зображення: Війт Пижинський, CC BY-SA 4.0через Wikimedia Commons

1. Рецептор інсуліну:
   • функція: Рецептор інсуліну має вирішальне значення для регулювання рівня глюкози в крові. Глюкоза, основне клітинне паливо, потребує транспортної молекули Glut4, щоб проникнути в клітини.
   • Механізм: коли рівень глюкози в крові підвищується, рецептори в підшлунковій залозі виявляють цей сплеск і ініціюють виробництво та вивільнення інсуліну. Майже кожна клітина містить білки-рецептори інсуліну. При взаємодії з інсуліном ці рецептори зазнають конформаційних змін, запускаючи каскад реакцій за участю різних білків. Ці білки виробляють молекулу-месенджер, яка впливає на рух Glut4 до клітинної мембрани. У присутності інсуліну везикули, що містять Glut4, швидко рухаються до мембрани, сприяючи поглинанню глюкози в клітину. Припинення надходження інсуліну зупиняє цей процес, регулюючи поглинання глюкози. Ця складна система включає не лише рецептор інсуліну, а й кілька інших рецепторів, які беруть участь у відповідних реакціях.
2. Рецептори смаку:
   • функція: Смакові рецептори — це спеціальні нервові структури, які забезпечують відчуття смаку, наприклад солодкого чи солоного.
   • Механізм: випинання смакових нервів вбудовані в слизову оболонку рота. Спожиті молекули, такі як цукор або сіль, розчиняються в слині та взаємодіють зі специфічними клітинами, що містять рецептори, адаптовані до цих лігандів. Ці рецептори є закритими іонними каналами, подібними до тих, що знаходяться в нервових клітинах. Зв’язування ліганду спонукає ці канали пропускати іони, що призводить до деполяризації мембрани. Достатня присутність ліганду активує численні рецептори одночасно, індукуючи потенціал дії. Цей електричний сигнал проходить по нерву, поки не досягне синаптичних терміналів, де ініціює вивільнення нейромедіаторів. Потім ці нейротрансмітери зв’язуються з рецепторами на сусідніх нервах, увічнюючи сигнал. Цей ланцюг подій досягає кульмінації в центрах обробки мозку, де сприймаються такі відчуття, як «солодкість». Примітно, що цей заплутаний процес розгортається лише за частки секунди.
3. Адренергічні рецептори:
   • функція: Адренергічні рецептори є невід’ємною частиною серцево-судинної системи, опосередковуючи відповіді на катехоламіни, такі як адреналін і норадреналін. Вони відіграють ключову роль у регуляції частоти серцевих скорочень, артеріального тиску та загальної функції серцево-судинної системи.
   • Механізм: існує два основних типи адренергічних рецепторів: альфа (α) і бета (β). Кожен тип має підтипи, такі як α1, α2, β1 і β2. Коли адреналін або норадреналін зв’язується з цими рецепторами, запускаються різні клітинні реакції. Наприклад, активація β1-рецептора в серці збільшує частоту серцевих скорочень і скоротливість, тоді як активація β2-рецептора в легенях призводить до бронходилатації. Навпаки, активація рецептора α1 викликає звуження судин, підвищення артеріального тиску. Ці рецептори також є мішенями для різних ліків, таких як бета-блокатори, які використовуються для лікування гіпертонії та інших серцево-судинних захворювань.
4. Опіоїдні рецептори:
   • функція: Опіоїдні рецептори в основному знаходяться в центральній нервовій системі і відповідають за полегшення болю, ейфорію та пригнічення дихання. Вони є основними мішенями опіоїдних анальгетиків, таких як морфін і фентаніл.
   • Механізм: існує три основні типи опіоїдних рецепторів: мю (μ), дельта (δ) і каппа (κ). Коли опіоїд зв’язується з цими рецепторами, він пригнічує вивільнення нейромедіаторів, тим самим зменшуючи відчуття болю. Мю-рецептор, зокрема, асоціюється з аналгезією, ейфорією та пригніченням дихання. Активація каппа-рецептора може призвести до знеболення та седації, тоді як активація дельта-рецептора має антидепресивний ефект. Однак тривала активація, особливо мю-рецептора, може призвести до толерантності, залежності та пригнічення дихання, що може бути фатальним. Це підкреслює необхідність ретельного введення опіоїдів і моніторингу.

Трансмембранний рецептор: E=позаклітинний простір; I=внутрішньоклітинний простір; P=плазматична мембрана | Джерело зображення: Mouagip (обговорення) Це невизначене W3C векторне зображення було створено за допомогою Adobe Illustrator., CC BY-SA 3.0через Wikimedia Commons

Таким чином, рецептори є невід’ємною частиною різних фізіологічних реакцій, від метаболічної регуляції до сенсорного сприйняття. Їх складні механізми підкреслюють точність і ефективність шляхів стільникового зв’язку.

Практична вікторина

Що з наведеного найкраще описує рецептор?
а) різновид ферменту
б) Білок, який зв’язується зі специфічним лігандом
в) Тип нейромедіатора
г) різновид гормону

Який тип рецепторів головним чином відповідає за швидку синаптичну передачу в нервовій системі?
а) G-білкові рецептори
б) Ферментні рецептори
в) Ліганд-керовані іонні канали
г) Внутрішньоклітинні рецептори

Що з перерахованого НЕ є функцією рецепторів?
a) Сприяти міжклітинному зв’язку
b) Ініціювати клітинні реакції
в) Синтезувати нові ліганди
d) Перетворення зовнішніх сигналів у дії клітини

Які рецептори змінюють функцію клітини шляхом активації внутрішньоклітинних шляхів передачі сигналу?
а) Внутрішньоклітинні рецептори
b) Ліганд-керовані іонні канали
в) G-білкові рецептори
г) Ферментні рецептори

Який тип рецепторів переважно знаходиться всередині клітини та зв’язується з ліпідорозчинними лігандами?
а) G-білкові рецептори
б) Ферментні рецептори
в) Ліганд-керовані іонні канали
г) Внутрішньоклітинні рецептори

Який із наведених лігандів зв’язується з ГАМК-рецептором?
а) Глутамат
б) Дофамін
в) ГАМК
г) Серотонін

Рецептор якого типу має внутрішню ферментативну активність?
а) Ліганд-керовані іонні канали
б) G-білкові рецептори
в) Ферментні рецептори
г) Внутрішньоклітинні рецептори

Який процес описує зменшення кількості рецепторів на поверхні клітини після тривалого впливу високих рівнів ліганду?
а) Десенсибілізація
б) Зниження регулювання
в) Перехресна реактивність
г) Надкомпенсація

Що з перерахованого є ознакою запасних рецепторів?
а) Вони завжди активні
б) Вони знаходяться лише в мозку
c) Вони забезпечують максимальну клітинну відповідь навіть при низькій зайнятості рецепторів
г) Це синтетичні рецептори

c) Вони забезпечують максимальну клітинну відповідь навіть при низькій зайнятості рецепторів

На який тип рецепторів діє препарат Кетамін?
а) Дофамінові рецептори
б) ГАМК-рецептори
в) рецептори NMDA
г) Серотонінові рецептори

FAQ

Що таке рецептор?

Рецептор — це білкова молекула, яка приймає і реагує на специфічні сигнали або стимули, часто у формі молекул, які називаються лігандами.

Як працюють рецептори?

Рецептори працюють, зв’язуючись зі специфічними лігандами, що викликає низку клітинних відповідей. Це зв’язування може активувати або пригнічувати клітинні функції, залежно від типу рецептора та ліганду.

Які є різні типи рецепторів?

Існує кілька типів рецепторів, включаючи рецептори, пов’язані з G-білком, рецептори, зв’язані з ферментами, іонні канали, керовані лігандом, і внутрішньоклітинні рецептори.

Чому рецептори важливі у фармакології?

Рецептори є основними мішенями для багатьох ліків. Зв’язуючись із рецепторами та модулюючи їхню активність, ліки можуть справляти терапевтичні ефекти або викликати побічні ефекти.

Що таке рецепторна специфічність?

Специфічність рецептора відноситься до здатності рецептора вибірково зв’язуватися з певним лігандом або групою споріднених лігандів.

Як клітини регулюють кількість рецепторів на своїй поверхні?

Клітини можуть підвищувати (збільшувати) або знижувати (зменшувати) кількість рецепторів у відповідь на зміни концентрації лігандів або інших факторів.

Яка різниця між агоністом і антагоністом?

Агоніст – це молекула, яка активує рецептор, тоді як антагоніст – це молекула, яка блокує або пригнічує активацію рецептора.

Що таке запасні рецептори?

Запасні рецептори – це надлишкові рецептори, які не потрібні для отримання максимальної реакції. Вони дозволяють клітинам повністю реагувати, навіть якщо зайнята лише частина рецепторів.

Чи можна знайти рецептори всередині клітин?

Так, деякі рецептори, відомі як внутрішньоклітинні рецептори, розташовані всередині клітини, зазвичай у цитоплазмі або ядрі. Ці рецептори часто зв’язуються з ліпідорозчинними лігандами, які можуть перетинати клітинну мембрану.

Чому деякі препарати з часом втрачають свою ефективність?

Однією з причин є пригнічення рецепторів або десенсибілізація, коли тривалий вплив препарату призводить до зменшення кількості або чутливості його цільових рецепторів.