Chcesz wydać pracę habilitacyjną, doktorską czy monografię? Zrób to w Wydawnictwie Borgis – jednym z najbardziej uznanych w Polsce wydawców książek i czasopism medycznych. W ramach współpracy otrzymasz pełne wsparcie w przygotowaniu książki – przede wszystkim korektę, skład, projekt graficzny okładki oraz profesjonalny druk. Wydawnictwo zapewnia szybkie terminy publikacji oraz doskonałą atmosferę współpracy z wysoko wykwalifikowanymi redaktorami, korektorami i specjalistami od składu. Oferuje także tłumaczenia artykułów naukowych, skanowanie materiałów potrzebnych do wydania książki oraz kompletowanie dorobku naukowego.

© Borgis - Medycyna Rodzinna 2/2001, s. 107-108
Marek Modrzyński1, Edward Zawisza2, Piotr Rapiejko2, Bożena Tarchalska-Kryńska3
Receptory komórkowe i zasady komunikacji międzykomórkowej.
Część II
Cellular receptors and the base of intracellular communication.
Part II
z Poradni Alergologicznej NZOZ EUROMEDICA-SPEC w Grudziądzu
Kierownik: dr n. med. Marek Modrzyński
2 z Polikliniki Alergologii CSK AM w Warszawie
Kierownik Polikliniki: prof. dr hab. med. Edward Zawisza 3z Zakładu Farmakologii Klinicznej i Doświadczalnej AM w Warszawie Kierownik Zakładu: prof. dr hab. n. med. Andrzej Członkowski
Summary
Effective communication between single cells on condition of normal functioning of the organism as a whole. In recent years, owing to advances in basic sciences, this highly complex process could be understood, in part, al least. The problem is presented in sevenal short papers by the authors.
Kaskady sygnalizacyjne. Klasyfikacja receptorów. Receptory jonotropowe
Jak to już zaznaczono w poprzedniej części*, czynność receptorów sprowadza się generalnie do zamiany jednej formy sygnału w inną jego formę, w tzw. sygnał wewnątrzkomórkowy. Zjawisko to zapoczątkowuje cały łańcuch wewnątrzkomórkowego przenoszenia sygnału. Tak więc ostateczna odpowieź komórki jest wypadkową kolejnego, często wieloetapowego przekazywania informacji z jednego zestawu cząsteczek sygnalizacyjnych do drugiego, następnie do trzeciego, itd. W ten sposób tworzą się, tzw. kaskady sygnalizacyjne, prowadzące ostatecznie do bardzo różnorodnej odpowiedzi efektorowej, jak np. do aktywacji enzymów, wpływu na ekspresję genów, odpowiedzi ruchowej komórki poprzez oddziaływanie na jej cytoszkielet (chemokiny), itp.
Oceniając rolę kaskad sygnalizacyjnych stwierdzić można, że:
  • przenoszą one sygnał od miejsca odbioru, do elementów efektorowych komórki, często znacznie oddalonych od receptora;
  • dokonują przekształcenia sygnału w taką jego formę, która wywołuje powstanie ostatecznej odpowiedzi;
  • często powodują wzmocnienie sygnału, w stopniu umożliwiającym silną odpowiedź, przy niewielkiej stymulacji pierwotnej;
  • rozprowadzają sygnał do różnych rejonów komórki i umożliwiają jego zróżnicowany, równoczesny wpływ, na różnorodne procesy, co staje się podstawą do kompleksowej odpowiedzi komórki;
  • poprzez wzajemny wpływ na siebie różnych kaskad dochodzi do modulowania sygnału w różny sposób.
  • Stwierdzić można, że wewnątrzkomórkowe kaskady sygnalizacyjne funkcjonują jak seria przełączników molekularnych, których działanie polega na aktywacji lub dezaktywacji różnych substancji. Choć, jak to już wspomniano kaskady mogą być wielostopniowe to w zasadzie wyróżnić możemy jedynie dwa mechanizmy działania białek będących przełącznikami molekularnymi, a więc składnikami kaskad.
    Grupę pierwszą stanowią białka wiążące GTP. To czy są one aktywne, czy nieaktywne zależy od tego, czy w danej chwili związane są z GTP, czy też z GDP.
    Grupa druga to białka aktywowane przez fosforylację. Ufosforylowanie, a więc włączenie tych białek następuje pod wpływem grupy enzymów określanych jako kinazy białkowe. Enzymy dezaktywujące, czyli usuwające grupę fosforanową, to fosfatazy białkawe. Ponieważ same kinazy białkowe są również z reguły aktywowane przez fosforylację, a następnie mogą fosforylować, czyli uaktywniać kolejne kinazy, często używa się określenia kaskady fosforylacyjne.
    Klasyfikacja receptorów
    Powróćmy jednak do sprawy cząsteczek sygnalizacyjnych, gdyż to one są kluczem do zrozumienia zasad współcześnie obowiązującej klasyfikacji receptorów komórkowych. Pomimo wielkiej różnorodności substancji, mogących być cząsteczkami sygnalizacyjnymi, podzielić je możemy na dwie zasadnicze grupy. Pierwszą, najliczniejszą, stanowią cząsteczki o stosunkowo dużych wymiarach i małej lipofilności (słabo rozpuszczalne w tłuszczach), które nie są w stanie przeniknąć swobodnie przez błonę komórkową (będącą w istocie dwuwarstwą lipidową). Z tego powodu białka będące receptorami dla tych cząsteczek muszą być wbudowane w błonę komórkową komórki docelowej.
    Drugą grupę cząsteczek tworzą te, które są dostatecznie małe i hydrofobowe, by móc swobodnie dyfundować przez błony komórkowe. Dzięki temu receptory dla tych substancji zlokalizowane być mogą we wnętrzu komórki.
    W zależności od wspomnianej lokalizacji receptora, jego budowy, szybkości przepływu informacji oraz ze względu na charakter sygnału wewnątrzkomórkowego, jaki wytwarza receptor po związaniu zewnątrzkomórkowej substancji sygnalizacyjnej, dokonać można dalszych podziałów cząsteczek receptorowych.
    Nie wnikając w dalsze szczegóły stwierdzić można, że w chwili obecnej receptory komórkowe dzieli się w następujący sposób:
    1. Receptory zewnątrzkomórkowe:
    a. receptory jonotropowe (receptory związane z kanałami jonowymi);
    b. receptory metabotropowe (receptory związane z białkami G);
    c. receptory katalityczne (receptory związane z enzymami).
    2. Receptory wewnątrzkomórkowe:
    a. receptory cytoplazmatyczne;
    b. receptory jądrowe.
    Te zasadnicze klasy receptorów dzielą się na liczne podklasy i podgrupy. Np. w odniesieniu do receptorów zewnątrzkomórkowych, liczba różnych typów w obrębie wymienionych trzech głównych klas jest większa niż ilość oddziaływujących na nie sygnałów zewnątrzkomórkowych. Wynika to m.in. z tego, że dla wielu zewnątrzkomórkowych cząsteczek sygnałowych istnieje więcej niż jeden typ receptora. Np., wspomniana już w części pierwszej tego opracowania acetylocholona na mięśnie gładkie działa za pośrednictwem receptora związanego z kanałem jonowym, a na mięsień sercowy oddziaływuje poprzez receptor związany z białkiem G.
    Receptory jonotropowe
    Pierwszą grupą receptorów komórkowych jaka zostanie omówiona są receptory jonotropowe. Receptory te zwane są również receptorami związanymi z kanałem jonowym lub kanałami jonowymi bramkowanymi przekaźnikami nerwowymi.
    Istnieją co najmniej dwie właściwości odróżniające ten typ receptorów od zwykłych porów transbłonowych umożliwiających bierne przenikanie niektórych substancji zewnątrzkomórkowych. Przede wszystkim wykazują one selektywność jonową, czyli przepuszczalność tylko dla pewnych ściśle określonych jonów. Po drugie w przeciwieństwie do porów kanały jonowe nie są przez cały czas otwarte. Ma to kluczowe znaczenie, gdyż umożliwia zachowanie odrębności wnętrza komórki od środowiska zewnętrznego.
    W skład receptora jonotropowego wchodzi najczęściej kilka podjednostek otaczających centralny kanał jonowy. Każda z podjednostek ma specyficzną budowę, składa się mianowicie z kilku odcinków transbłonowych, z których co najmniej jeden może otwierać lub zamykać kanał jonowy.
    Sposób działania receptorów jonotropowych jest najprostszy ze wszystkich wymienionych grup receptorów. Po związaniu cząsteczki sygnałowej, najczęściej przekaźnika nerwowego, receptor zmienia swą konformację w taki sposób, że dochodzi do otwarcia lub zamknięcia kanału jonowego. Prowadzi to do bardzo szybkiego wpływania lub wypływania jonów, co w następstwie powoduje zmiany potencjału transbłonowego.
    W chwili obecnej znane są liczne typy kanałów jonowych, które różnią się pomiędzy sobą po pierwsze typem jonów, jakie przepuszczają (różna selektywność), a po drugie tzw. bramkowaniem, czyli warunkami jakie wpływają na ich otwieranie i zamykanie. Wyróżniamy np. kanały jonowe bramkowane potencjałem (obecne m.in. w neuronach), bramkowane stresem (obecne m.in. w narządzie Cortiego) oraz bramkowane ligandami wewnątrz- i zewnątrzkomórkowymi.
    Dobrym przykładem mającym związek z tymi ostatnimi może być mechanizm działania nedokromilu sodu – leku często stosowanego, m.in. w leczeniu astmy oskrzelowej i alergicznego nieżytu nosa (preparaty Tilade, Tilarin). Lek ten powoduje zamknięcie kanałów chlorkowych obecnych w błonie komórkowej mastocytów. W normalnych warunkach wniknięcie jonów chloru do wnętrza komórki powoduje zmianę jej potencjału na ujemny w stosunku do otaczającego środowiska. Prowadzi to z kolei do otwarcia błonowych kanałów wapniowych. Napływ wapnia jest zaś bezpośrednio odpowiedzialny za aktywację i degranulacje komórek tucznych. Nedokromil sodu zamykając kanały chlorkowe przerywa opisany ciąg zdarzeń prowadzących do aktywacji komórki. Innym przykładem receptora jonotropowego może być receptor typu N dla acetylocholiny (kanał jonowy bramkowany przez przekaźnik nerwowy).
    Pomimo, że do chwili obecnej poznano aż ponad sto typów kanałów jonowych, to pod względem ilościowym ustępują one znacznie innemu typowi receptorów zewnątrzkomórkowych – receptorom związanym z białkami G. Ta ważna, również z punktu widzenia medycyny grupa białek receptorowych zostanie omówiona w następnym rozdziale.

    * Medycyna Rodzinna, zeszyt 12 (1/2001).
    Piśmiennictwo
    1. Axford J. (red). – Choroby wewnętrzne, Urban & Partner, Wrocław, 1998. 2. Nowak J.Z., Zawilska J.B. – Receptory. Struktura, charakterystyka, funkcja, PWN, 1997. 3.Unwin N – Nicotinic acetylocholine receptor at 9 A resolution, J. Mol. Biol., 1993, 229, 1101-1124.
    Medycyna Rodzinna 2/2001
    Strona internetowa czasopisma Medycyna Rodzinna