Gli stimoli, i segnali esterni, che nella cellula innescano questa serie di meccanismi a catena prendono il nome di primi messaggeri, o ligandi. Sono proteine che non attraversano la componente lipidica della membrana. Il ligando deve essere riconosciuto da una proteina intrinseca dalla membrana, chiamata recettore. Il recettore che ha legato il ligando attiverà una proteina G che trasferisce il segnale ad un enzima amplificatore, (es. l'adenilato ciclasi). Esso porterà alla formazione di AMP ciclico, un secondo messaggero o amplificatore , il quale attiverà una chinasi specifica, quindi la risposta cellulare. Quando pero' un secondo messaggero amplificatore, fosforila una proteina carrier, una proteina canale, l'effetto sarà la sua apertura o chiusura. Anche il calcio funge da secondo messaggero quando nella cellula si lega ad una proteina la calmodulina, che attiverà una chinasi specifica.
Sostanze chimiche che di norma hanno bisogno di un recettore per poter agire a
livello cellulare sono:
- neurotrasmettitore liberato a livello dei contatti sinaptici controllano le
funzioni nervose (es. noradrenalina);
- ormone endocrino non lipofilo, prodotto da una ghiandola endocrina passa in
circolo e quindi raggiunge le cellule bersaglio.
Tipi di secrezione:
-
Neuroendocrina, significa che a produrre l'ormone è una cellula del sistema nervoso (
prolattina ha come bersaglio la ghiandola mammaria).
-
Paracrina, significa che la cellula endocrina produce un ormone che agisce su cellule vicine;
- Autocrina, significa che l'ormone agirà a distanza sulla stessa cellula che l'ha prodotta;
- Citochine, peptidi secreti nel liquido extracellulare che si comportano da
ormoni (interleuchine, linfochine per il sistema immunitario);
Esistono determinati enzimi, delle Chinasi specifiche che sono enzimi che fosforilano il substrato, vi è una chinasi specifica per l'AMP ciclico,chinasi A, una chinasi G attivata dal GMP ciclico, una chinasi C, correlata al diacil glicerolo. Agiscono nei processi di trascrizione a livello nucleare .
Enzima, localizzazione, substrato (da...), trasformazione in..
- ADENILATO CICLASI Membrana plasmatica ATP AMPc
-
GUANOLATO CICLASI Membrana plasmatica e citosol GTP GMPc
-
FOSFOLIPASI C, Membrana plasmatica, Fosfolipasi di membrana Inositolo trifosfato e
Diacil glicerolo
Meccanismo di attivazione di un fattore di trascrizione da parte di un
recettore.
A livello del Sistema Nervoso Centrale una sostanza psicoattiva determina:
- Tolleranza: il soggetto ne aumenta la dose per ottenere l'effetto desiderato;
- Dipendenza: se il soggetto non la introduce va incontro alla crisi di
astinenza; La proteina CREB dipende dall'AMP ciclico, si lega al DNA che
permette la trascrizione di RNA messaggero e quindi la traduzione di nuove
proteine, a livello nucleare.
Famiglia recettoriale - Ligandi -Effettori intracellulari
Recettori-canale: vi si legano piccole molecole come oligopeptidi; si
determina la variazione di potenziale intracellulare con liberazione di calcio
Recettori a sette passaggi transmembrana: vi si legano svariate molecole,
effettori intracellulari sono le Proteine G trimeriche
Recettori ad attività tirosinchinasica: vi si legano i fattori di crescita, insulina,
si determina autotosforilazione e catene di fostorilazioni
Recettori integrini: vi si legano le proteine della matrice extracellulare;
i fattori sono le catene di fostorilazioni e interazioni proteina-proteina citoscheletro
Recettori ad attività guanilatociclasica: vi si legano fattori natriuretici;
gli effettori intracellulari sono rappresentati dalla sintesi di guanosin-monofosfato ciclico
Recettori fosfatasici: vi si legano peptidi, fattori di crescita, si
determina la defosforilazione di proteine
- Recettore canale o canale ionico attivato da ligando, una proteina
di membrana in cui il recettore che è rappresentato dal sito per il ligando, è
parte integrante del canale. Il recettore specifico riconoscerà il ligando e si
creeranno le condizioni per l'apertura del canale ionico.
- Recettori accoppiati a proteine G che agiscono su proteine canali: il
recettore non presenta un canale ma solo il sito a cui si lega l'ormone o il
neurotrasmettitore; in seguito si attiverà la proteina G che rappresenta il
trasduttore del segnale, la quale attiverà l'enzima e quindi i secondi
messaggeri. Per es. consideriamo il
meccanismo della fosfolipasi C. Il primo messaggero si lega al recettore, viene
attivata la proteina G specifica che agirà sulla fosfolipasi attivandola.
L'enzima produrrà due molecole: il diacil glicerolo e l'inositolo trifosfato. Il
diacil glicerolo attiverà la chinasi G, quindi le conseguenti risposte
cellulari. L'inositolo trifosfato invece agisce a livello di canali del calcio
presenti a livello di strutture subcellulari (il reticolo sarcoplasmatico liscio
nel muscolo) . Aprendo questi canali consente la fuoriuscita dello ione
all'esterno (in risposta ad una necessità specifica della cellula, altrimenti
sarebbe tossico ).
-Recettori sinaptici
a. R. ionotropici. Costituiscono un vero e proprio canale, il legame
dell'agonista con il recettore induce un cambiamento di conformazione della
proteina con conseguente apertura del canale. Si caratterizzano per Segnale rapido-AZIONE DIRETTA.
b. R. metabotropici. Sono legati ai canali ionici indirettamente attraverso le
proteine G. Si definiscono cosi' perchè l'azione è funzione del legame del metabolita
ottenuto che interagisce con il recettore: cio' induce la sintesi di
sostanze intracellulari che attivano una cascata di segnali biochimici fino alla
fosforilazione di altre proteine a valle. Si caratterizzano per
Segnale lento-AZIONE INDIRETTA.
Malattie da carenza di recettori: il danno è a livello genetico;
Patologie legate alle proteine G (manca o non è ben funzionante) il segnale non
si puo' trasferire all'interno; Canalopatie, quando manca il canale;
Sottoclassi dei recettori sinaptici
- ionotropici ,fanno parte della grande famiglia dei recettori attivati da
ligando. Sono composti da 5 subunità che circoscrivono un poro centrale. Ogni
subunità è costituita da una sequenza di amminoacidi che attraversano la
membrana in 4 punti distinti. I segmenti che attraversano la membrana sono
idrofobici, all'esterno è presente i sito per il neurotrasmettitore,nella parte
citoplasmatica sono presenti siti di fosforilazione.
Comprendono:
Recettori ionotropici, fanno parte della grande famiglia dei recettori attivati da ligando. Sono composti da
5 subunità che circoscrivono un poro centrale. Ogni
subunità è costituita da una sequenza di amminoacidi che attraversano la
membrana in 4 punti distinti. I segmenti che attraversano la membrana sono
idrofobici, all'esterno è presente i sito per il neurotrasmettitore,nella parte
citoplasmatica sono presenti siti di fosforilazione. Comprendono:
-Recettori dell'acetilcolina: attivati anche dalla nicotina sono detti r.
nicotinici per l'acetilcolina (nAChR), Si dividono in periferici e
centrali a
seconda della localizzazione : i primi sono presenti sulla membrana
postsinaptica delle
fibre muscolari scheletriche, i secondi a livello del SNC. La liberazione dell'acetilcolina
induce l'apertura di canali cationi e la conseguente depolarizzazione di
membrana. Particolarmente affini al calcio sono i recettori nicotinici centrali;
-Recettori del GABA e glicina: nel SNC tali sostanze sono mediatori dell'inibizione sinaptica;
si legano ai recettori canali per il Cl determinando un'iperpolarizzazione di membrana. Recettori per il GABAA (per distinguerlo dal
GABAB metabotropo) sono
presenti nelle regioni piu' rostrali del SNC, quelli per la glicina nelle regioni
piu' periferiche (nel midollo mediano coinvolti nel coordinamento motorio). Sono
costituiti da 5 subunità a formare un poro permeabile agli anioni
-Recettori del glutammato: mediano la risposta eccitatoria a livello del SNC.
In base all'affinità per il glutammato sono suddivisi in due classi: NMDA- alta
affinità (attivati da piccole dosi!) e NON MDMA a bassa affi'nità (grandi dosi).
Questi ultimi suddivisi in AMPA e KAINATO . Gli AMPA sono disseminati lungo
tutto il SNC e coinvolti nella trasmissione eccitatoria rapida.
I recettori Kainato la cui funzione non appare ancora del tutto chiara sono implicati in una
trasmissione eccitatoria meno rapida, a seguito di stimoli ripetuti. I recettori NMDA sono responsabili di una trasmissione lenta. Il canale
è particolarmente
permeabile al calcio e risulta bloccato dalla presenza dello ione Mg (funge da
agonista). Infine l'attività di questo canale pare favorita dalla presenza della glicina;
-Recettori per la seroronina (5-HT3) e recettori purienergici: i primi diffusi
lungo tutto il sistema nervoso sono permeabili al Na+ e al K+, spesso usati in
clinica come antipsicotici. I recettori purenergici invece legano l'ATP hanno un
ruolo fondamentale nella liberazione del neurotrasmettitore e nella trasmissione
del dolore.
- Recettori metabotropici, caratterizzati da un unico polipeptide che attraversa la
membrana dando origine a sette passi d'elica, con una regione amminica sulla
faccia esterna della membrana e carbossilica su quella interna. Interagiscono
con proteine G eterotrimeriche, i cui siti di legame sono presenti a livello
degli aneli citoplasmatici. Esse sono responsabili della regolazione dei canali
voltaggio dipendenti agendo attraverso secondi messaggeri.
Si distinguono:
-Recettori dell'acetilcolina: definiti anche muscarinici perchè attivati dalla
muscarina, sostanza estratta da un fungo velenoso (amanita muscaria). Se ne
conoscono diverse sottoclassi, disseminati per tutto il SNC e periferico. Alcune
attivano la fosfolipasi C altre inibiscono l'adenilatociclasi.
-Recettori del GABA, definiti GABAB sono presenti in tutto il sistema nervoso
spesso associati a quelli ionotropi. Agiscono sulla membrana presinaptica
facilitando l'ingresso di K, quindi impedendo l'ingresso del GABA. Sul versante
post-sinaptico invece determinano la liberazione di GABA quindi causano
iperpolarizzazione di membrana.
-Recettori del glutammato: sono associati a proteine G, distribuiti in
tutto il SN. Sono responsabili della stimolazione della fosfolipasi C.
-Recettori purinergici: l' ATP è stato dimostrato essere un neurotrasmettitore.
Viene degradato ad adenosina da particolari enzimi e interagisce con tre classi
di recettori:
- Al
- A2,suddivisa in A2a e A2b
- A3
Si trovano nello striato che fa parte dei gangli della base. Sono presenti due classe di fondamentali: D1 e D2.
I recettori D1 (o D1-like) sono solo postsinaptici e sono associati ad una
proteina Gs, che attiva l'adenilato-ciclasi inducendo la formazione di
AMP-ciclico (cAMP), o ad una proteina Gq che attiva la fosfolipasi C (PLC) che
idrolizza il PIP2 provocando la mobilizzazione di calcio.
Comprendono due sottotipi:
D1, che si trovano nello striato, nel talamo, nell'ipotalamo e nel sistema limbico.
D5, che si trovano nell'ippocampo e nell'ipotalamo.
I recettori D2 (o D2-like) sono sia pre- che postsinaptici. Sono associati ad
una proteina Gi, quindi determinano una riduzione di cAMP che causa apertura di
canali del potassio e chiusura di quelli del calcio.
Comprendono tre sottotipi:
D2, suddivisibili di D2s e D2l: si trova nello striato, nella sostanza nera e
nell'ipofisi.
[s e l stanno per 'short' e 'long' in quanto tali sottotipi recettoriali
differiscono nella lunghezza della sequenza aminoacidica che costituisce il
terzo loop citoplasmatico del recettore].
D3: si trova nel bulbo olfattorio, nello striato laterale e nell'ipotalamo.
D4: si trova nella corteccia frontale, nel bulbo e nel mesencefalo.
α1: è un recettore di tipo eccitatorio postsinaptico presente in prevalenza
sulla muscolatura liscia dei piccoli vasi (resistenze periferiche), la cui
stimolazione genera contrazione della muscolatura liscia vasale generando un
aumento della pressione. Presente anche sulla muscolatura del sistema
urogenitale e degli sfinteri. Il suo antagonista prazosin è un farmaco anti
ipertensivo, Sembra inoltre che questo recettore abbia dei ruoli importanti per
il controllo dell'umore e del comportamento.
α2: è un recettore presinaptico, presente sulle terminazioni nervose,
è deputato
alla regolazione della secrezione di neurotrasmettitori sia catecolaminergici
che colinergici: la sua attivazione determina una diminuzione della produzione
di noradrenalina (feedback negativo) e acetilcolina. Inoltre, la sua attivazione
a livello pancreatico diminuisce la secrezione di insulina. Il suo antagonista
yohimbina è utilizzato per la cura dell'eiaculazione tardiva.
β1: è un recettore di tipo eccitatorio, importantissimo per l'attività
cardiovascolare, è principalmente presente a livello cardiaco e renale, la sua
stimolazione genera a livello cardiaco un effetto inotropo e cronotropo positivo
mentre a livello renale stimola la secrezione di renina da parte delle cellule
juxtaglomerulari. L'atenololo, antagonista di questi recettori, è usato nella
cura dell'ipertensione.
β2: è un recettore di tipo eccitatorio accoppiato a proteina Gs come tutti i
beta recettori; è presente a livello della muscolatura liscia di alcuni
apparati: muscolatura liscia bronchiale, muscolatura liscia gastrointestinale ed
è inoltre presente sulla muscolatura liscia di coronarie e grandi vasi che
irrorano la muscolatura scheletrica. è da ricordare come l'innalzamento di
concentrazione di cAMP nelle cellule muscolari lisce conduca ad un rilassamento
delle stesse. L'attivazione di questo recettore genera quindi il rilassamento
della muscolatura liscia bronchiale, gastrointestinale e dei grandi vasi
periferici. Inoltre è importante per il metabolismo glucidico conducendo ad un
innalzamento della glicemia. L'agonista salbutamolo si usa come broncodilatatore
nella terapia dell'asma. Questo recettore sembra essere il mediatore degli
effetti di vasodilatazione ortosimpatica che si evidenziano al livello del
tessuto muscolare scheletrico. I farmaci b-bloccanti non selettivi per beta1
generano un effetto netto opposto, nei vari apparati, rispetto all'attivazione
simpatica provocando cosi aumento della contrazione delle cellule lisce a
livello bronchiale (broncospasmo), gastrointestinale (aumento nel numero di
evacuazioni) e vasale (iniziale innalzamento della pressione diastolica, effetto
pero' destinato a scomparire nell'arco di poche settimane dall' inizio della
terapia conducendo ad un netto calo pressorio dovuto anche e sopratutto
all'azione del farmaco sui recettori beta1 cardiaci e renali).
β3: è un recettore di tipo eccitatorio, presente soprattutto a livello del
tessuto adiposo. Qui attiva l'enzima lipasi che libera acidi grassi dai
trigliceridi. Eventuali agonisti di questo recettore potrebbero essere target
terapeutici potenziali per la cura dell'obesità.
I recettori 5-HT1, 5-HT2, 5-HT4 e 5-HT fanno parte della superfamiglia dei
recettori accoppiati alle proteine G. Il recettore 5-HT3, invece, è un
recettore-canale che permette il flusso di Na+ e K+ e ha una struttura simile a
quella del recettore colinergico nicotinico.
Classificazione
5-HT1 Accoppiato a proteine G. Calo dei livelli cellulari di Adenosina
monofosfato ciclico. Inibitorio
5-HT2 Accoppiato a proteine G. Aumento dei livelli cellulari di Inositolo
trifosfato e Diacilglicerolo. Eccitatorio
5-HT3 Recettore-canale; canale ionico del Na+ e del K+ . Depolarizzazione della
membrana cellulare. Eccitatorio
5-HT4 Accoppiato a proteine G. Aumento dei livelli cellulari di Adenosina
monofosfato ciclico. Eccitatorio
5-HT5 Accoppiato a proteine G. Calo dei livelli cellulari di Adenosina
monofosfato ciclico. Inibitorio
5-HT6 Accoppiato a proteine G Aumento dei livelli cellulari di Adenosina
monofosfato ciclico. Eccitatorio
5-HT7 Accoppiato a proteine G Aumento dei livelli cellulari di Adenosina
monofosfato ciclico. Eccitatorio
Gli ormoni steroidei e della tiroide, attraversando facilmente la membrana non
necessitano di recettori di membrana. I primi presenteranno un recettore
nucleare, mentre gli steroidei due: uno citoplasmatico e uno nucleare. Ad
esempio il recettore dell'insulina ha attività tirosin-chinasica, ossia
fosforila residui tirosinici della proteina-recettore. Quest'ultimo presenta:
una subunità a extracellulare, un frammento intermembrana e una subunità
β
intracellulare. La componente esterna lega il ligando (l'insulina), attiva la
subunità
β dotata di un dominio catalitico . La subunità
β si auto fosforila (a livello di alcuni residui di
tirosina). Il legame con il ligando provoca un cambiamento conformazionale del
recettore che dimerizza . La dimerizzazione innesca quindi un processo di
autofosforilazione. Le tirosine fosforilate vengono a loro volta riconosciute da
molecole citoplasmatiche attivate e che trasferiscono il segnale a cascata fino
al nucleo.