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.
In biochemistry and pharmacology, receptors are chemical structures, composed of protein, that receive and transduce signals that may be integrated into biological systems. These signals are typically chemical messengers which bind to a receptor and produce physiological responses such as change in the electrical activity of a cell. For example, GABA, an inhibitory neurotransmitter, inhibits electrical activity of neurons by binding to GABA receptors. There are three main ways the action of the receptor can be classified: relay of signal, amplification, or integration. Relaying sends the signal onward, amplification increases the effect of a single ligand, and integration allows the signal to be incorporated into another biochemical pathway. and blocked by curare. Receptors of a particular type are linked to specific cellular biochemical pathways that correspond to the signal. While numerous receptors are found in most cells, each receptor will only bind with ligands of a particular structure. This has been analogously compared to how locks will only accept specifically shaped keys. When a ligand binds to a corresponding receptor, it activates or inhibits the receptor's associated biochemical pathway, which may also be highly specialised. Receptor proteins can be also classified by the property of the ligands. Such classifications include chemoreceptors, mechanoreceptors, gravitropic receptors, photoreceptors, magnetoreceptors and gasoreceptors.
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.
(Full) agonists are able to activate the receptor and result in a strong biological response. The natural endogenous ligand with the greatest efficacy for a given receptor is by definition a full agonist (100% efficacy). Partial agonists do not activate receptors with maximal efficacy, even with maximal binding, causing partial responses compared to those of full agonists (efficacy between 0 and 100%). Antagonists bind to receptors but do not activate them. This results in a receptor blockade, inhibiting the binding of agonists and inverse agonists. Receptor antagonists can be competitive (or reversible), and compete with the agonist for the receptor, or they can be irreversible antagonists that form covalent bonds (or extremely high affinity non covalent bonds) with the receptor and completely block it. The proton pump inhibitor omeprazole is an example of an irreversible antagonist. The effects of irreversible antagonism can only be reversed by synthesis of new receptors. Inverse agonists reduce the activity of receptors by inhibiting their constitutive activity (negative efficacy). Allosteric modulators: They do not bind to the agonist binding site of the receptor but instead on specific allosteric binding sites, through which they modify the effect of the agonist. For example, benzodiazepines (BZDs) bind to the BZD site on the GABAA receptor and potentiate the effect of endogenous GABA. Note that the idea of receptor agonism and antagonism only refers to the interaction between receptors and ligands and not to their biological effects.
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: