Рецепторы – высокочувствительный 


Мы поможем в написании ваших работ!



ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

Рецепторы – высокочувствительный



Элемент биосенсоров

 

Рецепторы – компоненты биологических мембран, обладающие высокой степенью избирательности по отношению к молекулам, взаимодействующим с ними. Основные концепции теории рецепторов глубоко проникли в идеологию современных исследователей, занятых изучением механизмов действия физиологически активных соединений. Биологически активные соединения обычно подразделяют на агонисты – вещества, связывающиеся с рецепторами и индуцирующие биологический ответ, и антагонисты – соединения, препятствующие взаимодействию агониста и не вызывающие или ослабляющие биологическую реакцию. Не исключено, что среди большого количества ксенобиотиков имеются вещества, специфически связывающиеся с рецептором, причем как сами вещества, так и рецепторы пока являются неизвестными. В этой связи и представляется целесообразным рассмотреть некоторые вопросы, касающиеся концепции рецепторов.

Истоки теории рецепторов принято обычно искать в работах Лэнгли и Эрлиха. Последний на рубеже XIX–XX вв. сформулировал знаменитый принцип: вещества не действуют, не будучи связанными. Дальнейшее развитие теория рецепторов получила при изучении действия различных гормонов. Установленные факты по влиянию гормонов позволили предположить, что последние связываются с расположенными на поверхности специальными структурами – рецепторами, т. е. молекулами, способными «узнавать» гормон, взаимодействовать с ним и передавать информацию о его присутствии. Однако достоверно доказать наличие рецепторов на мембранах не так-то просто. Это связано, с одной стороны, с их чрезвычайно низкой концентрацией, лабильностью и неоднородностью. С другой стороны, на поверхности любой клетки имеются мембранные компоненты, неспецифически связывающие тот или иной гормон (эффектор), т. е. не все места, связывающие гормон, являются рецепторами.

Вообще говоря, весьма трудно дать точное определение понятию «рецептор». Согласно определению, данному Вудом, агонистами рецепторов могут быть вещества со следующими четырьмя признаками: 1) они действуют в низких (микромолярных) концентрациях; 2) их активность в сильной мере зависит от изменений в химической структуре; 3) их активность может подавляться селективными антагонистами (например, атропин может сильно блокировать действие ацетилхолина на восходящую ободочную кишку морской свинки, но практически не изменяет активность гистамина); 4) активность антагонистов также сильно зависит от изменений в химической структуре.

В определении, данном Куатреказасом, перечисляются следующие основные признаки рецепторов: 1) взаимодействие эффектора с рецептором должно отвечать требованиям определенной пространственной и структурной специфичности; 2) количество связывающих мест должно быть ограниченным, и, следовательно, связывающие места должны быть насыщаемыми; 3) связывание эффектора должно иметь тканевую специфичность, соответствующую его биологической функции; 4) связывающие места должны обладать высоким сродством к гормону, а их концентрация должна соответствовать физиологической концентрации гормона; 5) связывание эффектора рецептором должно быть обратимым.

Для строгого доказательства наличия рецепторов на мембране лучше всего выделить этот компонент, очистить, затем встроить в искусственную бислойную липидную мембрану или липосому и показать, что он сохраняет биологическую активность.

Выделенные рецепторы оказались гликопротеинами или гликолипидами. Молекула любого рецептора состоит, по крайней мере, из двух частей. Одна из них, наружная, служит для связывания вещества (гормона). Основную роль в этом играют полисахаридные цепи молекулы рецептора. Вторая, менее полярная, часть молекулы рецептора служит для ее закрепления в липидном бислое и передачи принятого сигнала внутрь клетки. Взаимодействие между связывающими и передающими участками осуществляется благодаря конформационным перестройкам, происходящим в результате «посадки» эффектора (агониста) на связывающий участок рецептора. В этом случае происходят небольшие изменения на отдельных участках мембран, результаты которых передаются внутрь клетки, усиливаясь с помощью определенного («релейного») механизма, и в конце концов определяют течение внутриклеточных процессов. В основе передачи сигнала в ряде случаев лежит активация и инактивация аденилатциклазы (АЦ), расположенной в мембране. Этот фермент отвечает за синтез нуклеотида – цАМФ.

В нормальном состоянии активность аденилатциклазы подавлена. Но при взаимодействии агониста с рецептором (Â) на поверхности мембраны аденилатциклаза (АЦ) активируется. В результате усиливается синтез цАМФ, увеличивается концентрация последнего внутри клетки и активируется один или несколько ферментов, расположен

 
 
Â
 
 

 
 


Рис. 7. Аденилатный путь регуляции внутриклеточных процессов.

Пояснения в тексте

 

ных внутри клетки. Таким образом, химический сигнал передается от одного посыльного к другому. Первичным посыльным является эффектор (гормон, медиатор); через ГТФ-связывающий G-белок и аденилатциклазу он передает сообщение внутрь клетки (рис. 7). Вторичные посредники не только способствуют передаче внешнего сигнала во внутриклеточный, но и обеспечивают значительное усиление первоначального сигнала. Каждая молекула рецептора, присоединившая сигнальную молекулу, активирует много молекул аденилатциклазы, которые, в свою очередь, катализируют образование множества молекул цАМФ. В итоге по всей цепи от рецептора до клеточной реакции происходит усиление сигнала в 107–108 раз. Таким образом, несколько сигнальных молекул гормона или медиатора могут изменять функциональную или метаболическую активность всей клетки.

Признанными вторичными мессенджерами являются и ионы кальция. Кальций участвует в регуляции внутриклеточных процессов в комбинации с двумя другими вторичными посредниками – инозитолтрифосфатом и диацилглицеролом.

На поверхности плазматических мембран разных клеток число рецепторов варьирует. Так, на поверхности одной клетки печени имеется 250 000 рецепторов инсулина, тогда как на поверхности клеток щитовидной железы их число не превышает 500. Часть рецепторов может «плавать» в плоскости мембраны, но большее их количество фиксировано системой микрофиламентов и микротрубочек.

Для рецепторов характерно, во-первых, высокое сродство, проявляющееся в том, что агент действует при низкой концентрации (10-9М и ниже); во-вторых, кривая, описывающая процесс взаимодействия эффектора с местами связывания на мембране от его концентрации, должна выходить на плато, поскольку количество рецепторов (мест связывания) ограничено; в-третьих, биологическая активность пар оптических изомеров (стереоспецифичность) различна (так, например, право- и левовращающиеся формы атропина, морфина и адреналина сильно отличаются друг от друга по биологической активности); в-четвертых, имеет место тканевая специфичность биологического действия веществ (например, адреналин оказывает мощное действие на сердечную мышцу, но очень слабо действует на поперечно-полосатые мышцы). Далее следует отметить, что взаимодействие агонист-рецептор возможно только при строгом соответствии пространственных и зарядовых геометрий. Необходимо учитывать и то, что связывание эффектора с рецептором должно быть обратимым. Так, одна и та же химическая группа в зависимости от своего химического окружения может обусловливать действие как агониста, так и антагониста; как пример можно привести ацетилхолин и тубокурарин. Эти соединения действуют на один и тот же рецептор, но меньшая молекула (ацетилхолин) точно соответствует участку связывания и активирует рецептор; большая молекула (тубокурарин) перекрывает рецептор и оказывает блокирующее действие.

Все вышеуказанное представляет рецепторы как вполне подходящие тест-объекты для биосенсорных устройств. Однако столь замечательные свойства рецепторов в основном проявляются лишь в составе живого организма. И чрезвычайно высокая чувствительность реакции рецептор-эффектор (например, самцы некоторых видов бабочек обнаруживают ферромоны самок при содержании их в воздухе в исключительно низких концентрациях – несколько молекул в одном кубическом метре воздуха) проявляется благодаря биологическому усилению. По этой причине рецепторы следует рассматривать как весьма перспективный объект для создания биосенсоров, однако в литературе содержится описание небольшого количества биосенсорных устройств на основе рецепторов (хотя в большинстве случаев используется не изолированный рецептор, а биологический препарат, содержащий рецепторы), во всяком случае, их гораздо меньше, чем на основе ферментов, антител, бактериальных клеток или высечек тканей.

 

 

Возможности применения



Поделиться:


Последнее изменение этой страницы: 2017-01-24; просмотров: 192; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы!

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 44.202.90.91 (0.021 с.)