קולטני ממברנה: פונקציות, סוגים, אופן עבודתם - ביולוגיה - 2025

קולטנים הממברנה הם מחלקה של קולטני התאים הנמצאים על פני השטח של הממברנה של התאים, ומאפשר לזהות כימיקלים שמטבעם לא יכולים לחצות את הממברנה.

באופן כללי, קולטני הממברנה הם חלבוני קרום אינטגרליים המתמחים באיתור אותות כימיים כמו הורמונים פפטידיים, מעבירים עצביים וגורמים טרופיים מסוימים; חלק מהתרופות והרעלים יכולים להיקשר גם לקולטנים מסוג זה.

סכמטי ייצוגי של קולטן ממברנה. ליגנדים הממוקמים בחלק החיצוני של הממברנה (1), אינטראקציה בין קולטני ליגנד-קרום (2) ו- (3) נצפים אירועי איתות לאחר מכן (מקור: Wyatt Pyzynski באמצעות Wikimedia Commons)

הם מסווגים לפי סוג המפל התוך-תאית שאליהם הם מצורפים ואלו הם שקובעים את ההשפעה הסופית על התא המתאים, המכונה תא המטרה או תא היעד.

לפיכך תוארו שלוש קבוצות גדולות: אלו המקושרות לתעלות יונים, אלו המקושרות לאנזימים וכאלה שקשורות לחלבון G. קשירת הליגנדים לקולטנים מייצרת שינוי קונפורמציה בקולטן שמפעיל מפל איתות תוך-תאי ב תא מטרה.

שרשרות האיתות המשויכות לקולטני הממברנה מאפשרות להגביר את האותות ולייצר תגובות או שינויים חולפים או קבועים בתא המטרה. אותות תוך-תאיים אלה נקראים באופן קולקטיבי "מערכת הולכת האות".

מאפיינים

תפקידם של קולטני הממברנה, ושל סוגים אחרים של קולטנים באופן כללי, הוא לאפשר תקשורת של תאים בינם לבין עצמם, באופן שהאיברים והמערכות השונים של אורגניזם פועלים בצורה מתואמת לשמירה על הומאוסטזיס ו להגיב להוראות מרצון ואוטומטי שהונפקו על ידי מערכת העצבים.

לפיכך, אות כימי הפועל על קרום הפלזמה יכול לעורר שינוי מוגבר של פונקציות שונות במכונות הביוכימיות של התא ולעורר ריבוי של תגובות ספציפיות.

באמצעות מערכת הגברת האותות, גירוי יחיד (ליגנד) מסוגל לחולל שינויים ארעיים מיידיים, עקיפים וארוכי טווח, ומשנים את הביטוי של כמה גנים בתא המטרה, למשל.

סוגים

קולטנים תאיים מסווגים, על פי מיקומם, ל: קולטני קרום (אלו שנחשפים בקרום התא) וקולטנים תוך תאיים (שיכולים להיות ציטופלסמה או גרעיניים).

קולטני קרום הם משלושה סוגים:

- מקושר לערוצי יונים

- קשור לאנזימים

- מקושר לחלבון G

קולטני קרום קשורים לתעלות יונים

הם נקראים גם תעלות יון מגודרות ליגנד, הם חלבוני ממברנה המורכבים מ -4 עד 6 יחידות משנה המורכבים בצורה כזו שהם משאירים תעלה או נקבובית מרכזית, דרכם יונים עוברים מצד אחד של הממברנה לצד השני.

דוגמה לקולטן לאצטילכולין, קולטן המקושר לתעלת יון. שלושת מצבי הקונפורמציה מוצגים (מקור: Laozhengzz באמצעות ויקימדיה Commons)

תעלות אלה חוצות את הממברנה ויש להן סוף חוץ-תאי, שם ממוקם אתר הכריכה של הליגנד, וקצה תוך-תאי נוסף שיש לו, בחלק מהערוצים, מנגנון שער. בערוצים מסוימים יש אתר ליגנד תוך תאי.

קולטני קרום מקושרים לאנזים

קולטנים אלה הם גם חלבוני טרנסממברנה. יש להם קצה חוץ-תאי המציג את אתר הכריכה של הליגנד וקישר לקצה התוך-תאית שלהם אנזים שמופעל על ידי קשירת הליגנד לקולטן.

קולטני ממברנה מצמידים או קשורים לחלבון G

לקולטנים צמודי חלבון G יש מנגנון עקיף לוויסות התפקודים התוך תאיים של תאי מטרה המערבת מולקולות מתמרים הנקראות חלבוני GTP או מחייבים או חלבונים G.

כל אותם קולטנים מקושרים לחלבון G מורכבים מחלבון ממברנה החוצה את הממברנה שבע פעמים ונקראים קולטנים מטבוטרופיים. זוהו מאות רצפטורים הקשורים לחלבוני G שונים.

איך הם עובדים?

בקולטנים המחוברים לתעלות יון, קשירת הליגנד לקולטן מייצרת שינוי קונפורמטיבי במבנה הקולטן שיכול לשנות שער, להעביר את קירות התעלה קרוב יותר או זה מזה. בכך הם משנים את מעבר היונים מצד אחד של הממברנה לצד שני.

קולטנים הנקשרים לתעלות יונים הם, לרוב, ספציפיים לסוג אחד של יון, וזו הסיבה שתוארו קולטנים לתעלות K +, Cl-, Na +, Ca ++ וכו '. ישנם גם ערוצים המאפשרים לעבור בין שני סוגים או יותר של יונים.

מרבית הקולטנים הקשורים לאנזים מקשרים עם קינאזות חלבון, במיוחד האנזים טירוזין קינאז. קינאזות אלו מופעלות כאשר הליגנד נקשר לקולטן באתר הכבילה החוץ תאית שלו. Kinases חלבונים ספציפי זרחניים בתא המטרה, ומשנים את תפקוד התא.

דוגמה לקולטן קרום המקושר לאנזים טירוזין קינאז (מקור: Laozhengzz דרך Wikimedia Commons)

קולטנים מקושרים לחלבון G מפעילים מפל של תגובות ביוכימיות שבסופו של דבר משנים את תפקודם של חלבונים שונים בתא המטרה.

ישנם שני סוגים של חלבוני G שהם חלבוני G ההטרוטרימיים וחלבוני G מונומריים. שניהם קשורים באופן לא פעיל לתמ"ג, אך כאשר הליגנד מחובר לקולטן, התוצר מוחלף על ידי GTP וחלבון G מופעל.

בחלבוני G heterotrimeric, תת-היחידה α הקשורה ל- GTP מתנתקת ממתחם ß, ומשאירה את חלבון ה- G מופעל. גם יחידת המשנה α המחוברת ל- GTP וגם ה- ßγ החופשי יכולים לתווך את התגובה.

סכמטי של קולטן צמוד לחלבון G (מקור: Bensaccount בוויקיפדיה האנגלית באמצעות ויקימדיה Commons)

חלבוני G מונונריים או חלבוני G קטנים נקראים גם חלבוני Ras מכיוון שהם תוארו לראשונה בנגיף המייצר גידולים סרקומטיים אצל חולדות.

כאשר הם מופעלים, הם ממריצים מנגנונים הקשורים בעיקר לתנועה שלפוחית ​​ולתפקודים ציטו-שלדיים (שינוי, שיפוץ מחדש, תחבורה וכו ').

דוגמאות

הקולטן לאצטילכולין, המקושר לתעלת נתרן שנפתח כאשר הוא נקשר לאצטילכולין וגורם לקיטוב של תא המטרה, הוא דוגמא טובה לקולטני קרום המקושרים לתעלות יון. בנוסף ישנם שלושה סוגים של קולטני גלוטמט שהם קולטנים יונוטרופיים.

גלוטמט הוא אחד המעבירים העצביים החשובים ביותר במערכת העצבים. שלושת סוגי הקולטנים היונוטרופיים הם: קולטנים ל- NMDA (N-methyl-D-aspartate), AMPA (α-amino-3-hydroxy-5-methyl-4-isoxazole-propionate) וקינאט (חומצה קינאית).

שמותיהם נגזרים מהאגוניסטים המפעילים אותם ושלושת סוגי התעלות הללו הם דוגמאות לתעלות עירור לא סלקטיביות, מכיוון שהם מאפשרים מעבר של נתרן ואשלגן ובמקרים מסוימים כמויות קטנות של סידן.

דוגמאות לקולטנים הקשורים לאנזים הם קולטן האינסולין, משפחת TrK של קולטנים או קולטני נוירוטרופין, וקולטנים למספר גורמי גדילה.

הקולטנים החשובים ביותר לחיבור חלבון G כוללים קולטני אצטילכולין מוסקריניים, קולטנים β-אדרנרגיים, קולטני מערכת הריח, קולטני גלוטמט מטבוטרופיים, קולטנים להורמונים רבים של פפטיד וקולטני רודופסין של מערכת הרשת.

הפניות

1. המחלקה לביוכימיה וביו-פיזיקה מולקולרית תומאס ג'סל, סיגלבוים, ש., והודספת, AJ (2000). עקרונות מדעי העצבים (כרך 4, עמ '1227-1246). ER Kandel, JH Schwartz, & TM Jessell (Edds). ניו יורק: מקגרו-היל.
2. Hulme, EC, Birdsall, NJM, & Buckley, NJ (1990). תת-סוגים של קולטן מוסקריני. סקירה שנתית של פרמקולוגיה וטוקסיקולוגיה, 30 (1), 633-673.
3. Cull-Candy, SG, & Leszkiewicz, DN (2004). תפקידם של תת-סוגים שונים של קולטי NMDA בסינפסות מרכזיות. Sci. STKE, 2004 (255), re16-re16.
4. ויליאם, FG, וגנונג, MD (2005). סקירת הפיזיולוגיה הרפואית. נדפס בארצות הברית של אמריקה, המהדורה השבע עשרה, Pp-781.
5. Bear, MF, Connors, BW, & Paradiso, MA (Edds). (2007). מדעי המוח (כרך ב '). ליפינקוט וויליאמס ווילקינס.