Введение

Молекула белка, принимающая сигналы для клетки. В биохимии и фармакологии рецепторы – это химические структуры, состоящие из белка, которые принимают и трандуцируют сигналы, способные интегрироваться в биологические системы. Эти сигналы обычно представляют собой химические посредники, связывающиеся с рецептором и вызывающие физиологические реакции, такие как изменение электрической активности клетки. Например, ГАМК, ингибирующий нейромедиатор, ингибирует электрическую активность нейронов, связываясь с ГАМК-рецепторами. Действие рецептора можно классифицировать тремя основными способами: передача сигнала, усиление или интеграция. Передача сигнала обеспечивает его дальнейшую передачу, усиление увеличивает эффект от одного лиганда, а интеграция позволяет включить сигнал в другой биохимический путь. Действие рецепторов может быть заблокировано кураре. Рецепторы определенного типа связаны со специфическими клеточными биохимическими путями, соответствующими сигналу. Хотя в большинстве клеток содержится множество рецепторов, каждый рецептор связывается только с лигандами определенной структуры. Это можно сравнить с тем, как замки открываются только определенными ключами. При связывании лиганда с соответствующим рецептором, он активирует или ингибирует связанный с рецептором биохимический путь, который также может быть высокоспециализированным. Белки-рецепторы также могут быть классифицированы по свойствам лигандов. К таким классификациям относятся хеморецепторы, механорецепторы, гравитропные рецепторы, фоторецепторы, магниторецепторы и газорецепторы.

Привязка и активация

Связывание лигандов – это равновесный процесс. Лиганды связываются с рецепторами и диссоциируют от них в соответствии с законом действующих масс, описываемым следующим уравнением для лиганда L и рецептора R. Квадратные скобки вокруг химических соединений обозначают их концентрации. Одной из мер соответствия молекулы рецептору является её аффинность связывания, которая обратно пропорциональна константе диссоциации Kd. Хорошее соответствие соответствует высокой аффинности и низкой Kd. Окончательный биологический ответ (например, каскад вторичных посредников, сокращение мышцы) достигается только после активации значительного числа рецепторов. Аффинность – это мера способности лиганда связываться со своим рецептором. Эффективность – это мера способности связанного лиганда активировать свой рецептор.

Агонисты против антагонистов

Не каждый лиганд, который связывается с рецептором, также активирует этот рецептор. Существуют следующие классы лигандов: (Полные) агонисты способны активировать рецептор и вызывать сильный биологический ответ. Естественный эндогенный лиганд с наибольшей эффективностью для данного рецептора по определению является полным агонистом (100% эффективность). Частичные агонисты не активируют рецепторы с максимальной эффективностью, даже при максимальном связывании, вызывая частичные ответы по сравнению с полными агонистами (эффективность от 0 до 100%). Антагонисты связываются с рецепторами, но не активируют их. Это приводит к блокировке рецепторов, ингибируя связывание агонистов и обратных агонистов. Антагонисты рецепторов могут быть конкурентными (или обратимыми) и конкурировать с агонистом за рецептор, или они могут быть необратимыми антагонистами, которые образуют ковалентные связи (или связи с чрезвычайно высокой аффинностью, не ковалентной природы) с рецептором и полностью блокируют его. Ингибитор протонного насоса омепразол является примером необратимого антагониста. Эффекты необратимого антагонизма могут быть устранены только путем синтеза новых рецепторов. Обратные агонисты снижают активность рецепторов, ингибируя их конститутивную активность (отрицательная эффективность). Аллостерические модуляторы: они не связываются с агонистом в сайте связывания рецептора, а вместо этого – в специфических аллостерических сайтах связывания, посредством которых они модифицируют эффект агониста. Например, бензодиазепины (BZD) связываются с BZD-сайтом на GABAA-рецепторе и потенцируют действие эндогенного GABA. Важно отметить, что понятия агонизма и антагонизма рецепторов относятся исключительно к взаимодействию между рецепторами и лигандами, а не к их биологическим эффектам.

Создательская деятельность

Рецептор, способный вызывать биологический ответ в отсутствие связанного лиганда, демонстрирует "конститутивную активность". Конститутивная активность рецептора может быть заблокирована обратным агонистом. Противоожиренийные препараты римонабант и таранабант являются обратными агонистами каннабиноидного CB1-рецептора, и хотя они вызывали значительную потерю веса, оба были отозваны из-за высокой частоты развития депрессии и тревоги, которые, как считается, связаны с ингибированием конститутивной активности этого рецептора. ГАМК-А рецептор обладает конститутивной активностью и проводит некоторый базовый ток в отсутствие агониста. Это позволяет бета-карболину выступать в роли обратного агониста и снижать ток ниже базового уровня. Мутации в рецепторах, приводящие к увеличению конститутивной активности, являются причиной некоторых наследственных заболеваний, таких как преждевременное половое созревание (вследствие мутаций в рецепторах лютеинизирующего гормона) и гипертиреоз (вследствие мутаций в рецепторах тиреотропного гормона).

Профессия

Ранние формы рецепторной теории фармакологии утверждали, что эффект лекарственного средства прямо пропорционален числу занятых рецепторов. Более того, эффект препарата прекращается при диссоциации комплекса «лекарственное средство — рецептор». Ариенс и Стивенсон ввели термины «аффинность» и «эффективность» для описания действия лигандов, связанных с рецепторами. Аффинность: способность лекарственного средства связываться с рецептором с образованием комплекса «лекарственное средство — рецептор». Эффективность: способность лекарственного средства вызывать ответ после образования комплекса «лекарственное средство — рецептор».

Индукционная приспособленность

По мере приближения лекарственного средства к рецептору, рецептор изменяет конформацию своего связывающего участка для формирования комплекса лекарственное средство-рецептор.

Запасные рецепторы

В некоторых рецепторных системах (например, ацетилхолина в нейромышечном синапсе гладкой мускулатуры) агонисты способны вызывать максимальный ответ при очень низкой степени занятости рецепторов (<1%). Таким образом, в этой системе имеется избыточное количество рецепторов, или рецепторный резерв. Такая организация обеспечивает экономию в производстве и высвобождении нейромедиаторов, например, в случае гормональных рецепторов.

Примеры и лиганды

Лиганды рецепторов столь же разнообразны, как и сами рецепторы. GPCR (7TM) – это особенно обширное семейство, включающее не менее 810 представителей. Существуют также LGIC, взаимодействующие как минимум с дюжиной эндогенных лигандов, и множество других рецепторов, формирующихся благодаря различным комбинациям субъединиц. Некоторые распространенные примеры лигандов и рецепторов включают: