Химическое строение рецепторов и лигандов

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Молекулярная рецепция—широко распространенное свойство на молекулярном уровнеживого. Более того, если учесть, что специфичность ферментов тоже есть проявлениемолекулярной рецепции, то приходится признать, что рецепция лежит в основе живого[1].

Узнавание (распознавание) сигнала рецептором есть основное свойство регулируемой и регулирующей системы, осуществляющей классификацию объектов, воздействующих на рецепторы [1].

Клеточное распознавание имеет принципиальное значение для процессов развития, в частности, для возникновения иммунитета. Молекулярное распознавание (рецепция) определяет все важнейшие молекулярно-биологические процессы — ферментативную активность, редупликацию ДНК, все этапы биосинтеза белка, взаимодействиеантиген-антитело, и т.д.

Основные понятия

Понятие «молекулярная рецепция» имеет смысл применительно к системам, в которых узнающее устройство сохраняет свою целостность в акте узнавания и в ряде случаев возвращается в исходное состояние, совершая преобразование молекулярного сигнала[1].

Большинство биологически активных веществ (БАВ) и лекарств оказывают воздействие на организм, регулируя функции клеток. При этом многие вещества не проникают в клетку, а оказывают свое действие опосредованно, взаимодействуя на клеточной мембране со специфическими молекулами – рецепторами. Они способны специфически распознавать сигналы БАВ или лекарство, взаимодействовать с ним и передавать сигнал в клетку.

Общепринятого определения рецептора нет.

Под рецепторами понимают макромолекулы, расположенные на ЦПМ (цитоплазматическая мембрана) клетки или внутрилеточно, способные специфически взаимодействовать с ограниченным набором лекарственных средств и БАВ и трансформировать сигнал об этом взаимодействии в специфический ответ клетки [2].

Характеристики рецепторов:

- локализация (на мембране или внутриклеточно);

- специфичность взаимодействия;

- трансдукция сигнала (формирование клеточного ответа).

Лиганды– химические вещества, способные реагировать с рецепторами.

Взаимодействие лигандов с рецепторами в простейшем случае представляется следующей схемой:

(1.1)

Изменение концентрации лиганд-рецепторных комплексов, согласно схеме (1.1) описывается дифференциальным уравнением:

(1.2)

Если L >> R:

(1.3)

Выражение (1.3) называется уравнением сорбции или уравнением (изотермой) Ленгмюра.

Используя (1.3), можно определить концентрацию рецепторов по их аффинности (в равновесии), линеаризуя это уравнение в подходящих координатах:

(1.4)

(уравнение Скэтчарда) (1.5)

Однако, далеко не все зависимости клеточного ответа от концентрации добавленного лиганда удовлетворительно описываются изотермой ленгмюра. Многочисленные исследования в этой области привели к формированию представлений о механизмах внутриклеточного проведения и усиления рецепторного сигнала [3].

Химическое строение рецепторов и лигандов

Рецепторы – белки, различающиеся разными участками или третичной структурой. Их молекулярная масса составляет сотни килодальтон.Рецепторы различных типов могут кодироваться различными генами или одним геном и отличаться за счет интронных участков третичной структуры [4].

Большинство рецепторов – трансмембранные белки (исключение гликопротеиды). Практически все рецепторы образуют четвертичную структуру с углеводами, гликопротеидами, фосфолипидами мембран.

В процессе функционирования рецептора его третичная и четвертичная структуры могут изменяться (изменяться может конформация рецептора, структура и состав молекул, связанных с рецепторами, сами рецепторы, молекулы могут фосфорилировать, дефосфорилировать и т.д.).

В зависимости от изменения структуры рецептора изменяется его сродство к лигандам (биологически активным веществам). На рецепторах существуют центры связывания лигандов: COOH-группы дикарбоновых кислот,NH₂-группы диаминовыхкослот,OH-группы гидроксиаминокислот,SH-группы цистеина, гидрофобные участки аминокислот и др. Точно так же, как при образовании фермент-субстратного комплекса, в образовании лиганд-рецепторного комплекса участвует несколько активных участков связывающего центра. Однако, рецепторы отличаются большей степенью сродства к лигандам, чем ферменты к субстратам.

Лиганды имеют различное химическое строение (белковые, пептидные и др.). Их молекулярная масса подвержена значительным изменениям.

Агонисты и антагонисты

Агонисты – лиганды, которые связываясь с рецепторами, активно вызывают биологический ответ клетки (стимулируют клеточные функции).

Антагонисты – лиганды, которые не вызывают активного клеточного ответа. Антагонисты препятствуют связыванию агонистов с рецепторами, угнетая клеточные функции[2].