Recettori (Lezione 5 Prima Parte) PDF

**recettori** I recettori sono quelle proteine che attraversano completamente la membrana. Esistono delle molecole segnale che generalmente non sono in grado di attraversare la membrana plasmatica, ma che devono interagire, devono legarsi appunto a queste proteine di membrana, quali i recettori, p...

**recettori** I recettori sono quelle proteine che attraversano completamente la membrana. Esistono delle molecole segnale che generalmente non sono in grado di attraversare la membrana plasmatica, ma che devono interagire, devono legarsi appunto a queste proteine di membrana, quali i recettori, per poter agire sulla cellula bersaglio. Le cellule comunicano tra di loro, a diverse distanze, tramite delle molecole. Queste molecole vengono definite molecole segnale. Le molecole segnale sono delle molecole che portano informazione alla cellula, quindi vanno a dire alla cellula che cosa deve fare, come si deve comportare. Agiscono andando a legarsi a queste proteine di membrana che sono chiamate recettori, quindi ci saranno dei recettori specifici per quella molecola. Una volta legato il recettore andranno ad attivare all\'interno della cellula quella che viene chiamata trasduzione del segnale, una cascata di attivazione o inattivazione di molecole all\'interno della cellula, che porterà poi la cellula a dare la risposta alla molecola segnale. Tante sono le molecole segnale, tanti saranno i recettori e tante possono essere le risposte che la cellula può dare. Risposte che possono andare, ad esempio, dall\'attivazione della sintesi di una determinata proteina o molecola, inibizione della sintesi di una molecola, oppure possiamo avere variazioni che riguardano la concentrazione di ioni all\'interno della cellula. Ad esempio, possiamo avere come risposta un aumento di calcio all\'interno della cellula. Che cosa sono queste molecole segnale? Le molecole segnale sono delle molecole che vengono prodotte e rilasciate da altre cellule. Vengono rilasciate nell\'ambiente extracellulare e dall\'ambiente extracellulare raggiungeranno poi altre cellule a cui andranno a dare l\'informazione. Queste cellule possono essere vicine e quindi il passaggio avviene attraverso la matrice extracellulare oppure possono essere cellule che si trovano a grandi distanze dove le molecole vengono rilasciate nel sangue e con il sangue raggiungono cellule molto lontane. Queste molecole segnale generalmente sono delle molecole grandi e idrofide, quindi sono grandi e non possono andare a contatto con gli acidi grassi interni, quindi con lo strato idrofobico della membrana. L\'unico modo per poter agire è che si vadano a legare a questi recettori. I recettori una volta che legano la molecola segnale, si attivano e provocano la risposta all\'interno della cellula. **DIVERSI TIPI DI RECETTORI:** Tipi di recettori che possiamo ritrovare negli organismi animali sono: - Recettori accoppiati a proteine G sono tra i più diffusi e ne esistono veramente di tanti tipi differenti. Sono dei recettori molto grandi che attraversano la membrana plasmatica più volte e che hanno appunto la caratteristica di portare legata questa particolare proteina definita proteina G. - Recettori accoppiati ad enzimi. Gli enzimi sono quelle proteine o molecole che provvedono a effettuare una reazione. Quindi in questo caso avremo dei recettori che sono proteine di membrana che saranno legati a altre proteine che fungono da enzimi. - Recettori accoppiati a canali ionici. Questi recettori o sono essi stessi dei canali ionici oppure vanno ad attivare dei canali ionici sulla membrana. Questi tre tipi di recettori sono quelli che ritroviamo sulla membrana plasmatica e che attraversano completamente la membrana e vengono quindi definiti recettori di membrana. Esistono alcune molecole segnale che invece sono piccole e idrofobe. E queste piccole molecole idrofobe possono attraversare la membrana plasmatica, quindi il doppio strato fosfolipidico e andranno ad agire all\'interno della cellula, su quelli che sono i recettori intracellulari. Questi recettori li possiamo ritrovare nel citoplasma e li possiamo ritrovare sulle membrane degli organelli. I più conosciuti sono i recettori nucleari. Il nucleo nelle cellule eucariotiche, è circondato da questa membrana che ha la stessa conformazione di quella che è la membrana plasmatica e ovviamente anche sulla superficie della membrana nucleare noi possiamo trovare dei recettori che verranno attivati da determinate molecole segnale. In quel caso devono per forza essere delle molecole idrofobe che quindi attraversano il doppio strato fosfolipidico. Il legame della molecola segnale al recettore, che sia di membrana o intracellulare fa sì che quel recettore, cambi con formazione. Ossia, quando la molecola segnale si lega su un sito specifico del recettore, il recettore cambia forma. Questo cambiamento di forma è importante per poter poi produrre quella che sarà la risposta all\'interno della cellula, per poter attivare la via di trasduzione del segnale. Se non avviene il legame, non avviene questo cambiamento, il recettore non potrà effettuare l\'inizio della trasduzione del segnale. Con il termine di trasduzione del segnale intendiamo un insieme di reazioni che avvengono all\'interno della cellula. Quando abbiamo una molecola segnale che si lega al recettore, molto spesso questo attiva all\'interno della cellula la fosforilazione o de fosforilazione di una serie di proteine a valle all\'interno della cellula. Quella fosforilazione o de fosforilazione della proteina all\'interno della cellula, attiva o inattiva quella proteina. Portando alla risposta da parte della cellula. Esistono diversi modi con cui i recettori di membrana possono attivare la via di trasduzione del segnale i due principali sono: - possiamo avere o che la molecola segnale si lega a un recettore di membrana, questa attivazione fa sì che questo recettore cambi conformazione e vada ad attivare quello che è l\'effettore, ossia un\'altra proteina legata al recettore che è a sua volta ancorata alla membrana plasmatica nel lato interno della cellula. Una volta che l\'effettore viene attivato, questo effettore è quello che poi attiverà la via di trasduzione del segnale. In particolare attiverà quelli che vengono chiamati secondi messaggeri. La molecola segnale è il primo messaggero, la prima molecola che viene attivata all\'interno della cellula sarà il secondo messaggero. Questo secondo messaggero andrà ad attivare o a disattivare una proteina più a valle, questa ancora una proteina più a valle e così via, finché non si otterrà quella che è la risposta cellulare alla molecola segnale. - Nell\'altro caso invece il recettore, quindi questa proteina di membrana, è legata a una molecola che può essere ad esempio l\'enzima, come nel caso dei recettori accoppiati ad enzimi, che va a fare esso stesso da effettore e da secondo messaggero. La trasduzione del segnale è generalmente legata a questi processi di aggiunta o rimozione di gruppi chimici da altre proteine, in modo da attivare o disattivare queste proteine. I processi principali che possiamo ritrovare sono quelli di fosforilazione e de fosforilazione, ossia aggiunta di gruppi fosfato o eliminazione di gruppi fosfato da una proteina. Queste due funzioni vengono effettuate da due enzimi principali: - Uno è la chinasi, l\'enzima che fosforila, quindi aggiunge il gruppo fosfato, prendendolo generalmente dall\'ATP. - Poi c\'è la fosfatasi che provvede alla de fosforilazione, quindi toglie il gruppo fosfato. Questi due enzimi sono essenziali, sono alla base della maggior parte delle attività che ritroviamo all\'interno della cellula e sono i due enzimi principali che sono coinvolti nella trasduzione del segnale. Abbiamo delle chinasi specifiche per alcune molecole come abbiamo delle fosfatasi specifiche. Inoltre in alcuni casi la fosforilazione attiva e in altri casi disattiva la proteina lo stesso per la de fosforilazione. La via di trasduzione del segnale e la stessa azione di questi enzimi avrà un effetto diverso a seconda della cellula, a seconda del recettore attivato e a seconda della molecola segnale che ha attivato il recettore. **[i tre recettori di membrana]**. [i recettori accoppiati a proteine G] sono questi recettori che hanno questa particolare conformazione con sette segmenti transmembrana, ossia questi recettori sono molto grandi e hanno questi sette segmenti, queste sette parti che passano attraverso la membrana plasmatica. Provoca la formazione di una serie di ripiegamenti nello strato extracellulare e di ripiegamenti nello strato intracellulare. Questi ripiegamenti saranno poi importanti per legare la molecola segnale all\'esterno e l\'effettore all\'interno. I recettori accoppiati a proteine G, sono accoppiati appunto a questa proteina G che vedremo essere costituita da tre subunità, cioè sono tre piccole proteine che si sono complessate tra loro in questa struttura quaternaria a formare la proteina G. La proteina G è l\'effettore in questo caso, quindi in questo caso abbiamo un recettore che è legato ad un effettore. L\'effettore è quello che poi attiverà la via di trasduzione del segnale, quindi nel caso dei recettori accoppiati a proteine G, ad attivare la via di trasduzione del segnale non sarà il recettore stesso, ma sarà la proteina G che fa da effettore. [I recettori accoppiati ad enzimi] abbiamo queste proteine transmembrana che possono agire esse stesse o sono collegate a degli enzimi. Enzimi che generalmente sono chinasi o fosfatatasi, quindi possono mettere o togliere i gruppi fosfato. In questo caso non abbiamo un effettore che attiva la via di trasduzione del segnale, ma avremo molecola segnale che si lega al recettore, il recettore stesso attiverà la trasduzione del segnale. [Recettore canale ionico]. In questo caso abbiamo una proteina di membrana che presenta un sito di legame per la molecola segnale. Quando la molecola segnale si lega al recettore, il recettore cambia conformazione ed essendo un canale il risultato sarà che quel canale si apre e permetterà il passaggio di determinate molecole, in particolare di ioni. Non tutti i canali ionici faranno passare tutti i tipi di ioni, ogni canale ionico verrà attivato da molecole specifiche e permetterà il passaggio solo di determinati ioni. **[le parti principali di un recettore e della sua funzione.]** [La molecola segnale.] La molecola segnale può avere tre nomi: molecola segnale, primo messaggero o ligando. Il ligando si lega a questo recettore transmembrana. Questo recettore di membrana è caratterizzato dalla presenza di un dominio extracellulare che è capace di legare in maniera specifica la molecola segnale, poi presenta la porzione transmembrana, quindi la parte del recettore che attraversa la membrana plasmatica e in questo caso per il recettore accoppiato a proteine G addirittura abbiamo sette segmenti di questo tipo, per altri invece abbiamo un unico segmento che attraversa la membrana. La caratteristica di questa porzione sarà ovviamente la capacità di avere al suo interno degli aminoacidi che permettono a quel tratto della proteina di avere caratteristiche idrofobe, in modo che si possa ancorare agli acidi grassi e rimanere lì ancorata nella posizione giusta, con movimenti controllati e comunque circoscritti. [Il dominio intracellulare], quindi quello che sporge all\'interno della cellula, che è il dominio di trasduzione del segnale. È il dominio che andrà a legare, nel caso in cui abbiamo un recettore che agisce tramite l\'effettore, andrà a legare l\'effettore. Nel caso in cui invece abbiamo un recettore che agisce senza l\'effettore andrà a legare direttamente la proteina che provvede ad iniziare la trasduzione del segnale, che quindi ad esempio può essere l\'enzima. Molecola segnale, legame al recettore, il recettore cambia conformazione e attiverà questa via di trasduzione del segnale, generalmente coinvolgente attivazione o inattivazione di una serie di proteine sempre più a valle, fino a indurre quella che sarà la risposta cellulare a quel segnale. La risposta cellulare è altamente specifica e in realtà il tipo di molecola segnale definisce quella cellula cosa deve fare. Su una singola cellula abbiamo tanti tipi di recettori differenti e una singola cellula può essere colpita da tante molecole segnale differenti, che quindi daranno informazioni diverse. Ci saranno quelle che gli diranno di aumentare il calcio intracellulare, ci saranno quelle che gli diranno che deve aprire canali ionici, ci saranno i segnali che gli diranno che devi sintetizzare più di questa proteina perché in questo momento ne abbiamo bisogno. Quindi ogni cellula avrà tanti recettori che potranno essere attivati da tante molecole differenti e specifiche per quei recettori e quindi indurre una serie di risposte diverse. [ESEMPIO:] al livello del cervello, nell\'ipotalamo ci sono delle cellule che regolano l\'appetito. Queste cellule presentano dei recettori, si regolano la fame, la vostra fame è regolata a livello del cervello. Queste cellule che ricevono i segnali di fame o di sazietà dall\'intestino. In realtà ci sono delle cellule che presenteranno il recettore sia per il segnale della sazietà sia per il segnale della fame. Ovviamente se arriva quello della sazietà si legherà al suo recettore specifico e dirà a quella cellula guarda, non sintetizzare più quella proteina che gli fa venire fame perché sta sazio non deve mangiare più. Se invece arriva il segnale della fame dirà a quella cellula produci quella proteina che serve per far venire fame perché ha bisogno di mangiare. Non dovete immaginare ogni cellula capace di effettuare un\'unica funzione. Ogni cellula in realtà svolge milioni di funzioni differenti. Ovviamente la cellula intestinale sarà adibita ad assorbimento del materiale ma la cellula intestinale è anche adibita ad esempio a produrre il muco che serve ad effettuare la digestione. Quindi ci sarà un segnale che gli dirà che deve assorbire il nutrimento ma ci sarà anche un segnale che gli dirà devi produrre più muco perché sta mangiando e dobbiamo digerire. Ogni cellula avrà tante funzioni legate a tanti recettori e a tante molecole segnale differenti. I recettori generalmente sono specifici, ossia un recettore può legare una specifica molecola. In alcuni casi però uno stesso recettore può essere in grado di legare due molecole della stessa famiglia in maniera diversa. Cioè per uno è più affine e per l\'altro un poco meno, però se è libero può legare quella molecola. [ESEMPIO:] Nel nostro cervello c\'è un sistema di cellule che risponde ai cannabinoidi. Il nostro organismo produce quelli che vengono chiamati endocannabinoidi, cioè due sostanze che sono simili alla cannabis al THC. Questi due endocannabinoidi possono agire su due tipi di recettori differenti. Uno si chiama CB1, quindi cannabinoide 1 e l\'altro cannabinoide 2. Il cannabinoide 1 è specifico per un unico endocannabinoide che è il 2-Ag. Il cannabinoide 2, invece è capace di legare sia il 2-Ag che l\'altro endocannabinoide che si chiama anandamide. Il CB2, cioè il secondo recettore che può legare entrambi, in realtà è molto più affine all\'anandamide. Quindi se l\'anandamide è in quantità maggiore rispetto all\'altro cannabinoide 2-Ag, legherà sicuramente l\'anandamide. Perché quel recettore 2 è molto più attratto dall\'anandamide. Se però l\'anandamide è bassa e al contrario abbiamo una grande quantità di 2-Ag, quel 2-Ag si può legare anche al recettore 2. Quindi quel recettore è capace di legarlo. Ovviamente questo però comporta una risposta diversa. Cioè quello stesso recettore, se lega l\'uno o l\'altro, provocherà nella cellula una risposta differente. O almeno una via di trasduzione del segnale differente. Ogni cellula può dare tante diverse risposte. Quindi ogni cellula può svolgere tante diverse risposte, molte di più rispetto ai recettori che ritroviamo sulla sua membrana. Allora, in realtà il nostro organismo, a differenza di quello che si può pensare, produce questi endocannabinoidi. Questi due endocannabinoidi sono molto importanti nel nostro organismo, a differenza di quello che si può pensare. Presentano una struttura molto simile al THC, che è il principio attivo della cannabis. Svolgono dei ruoli simili al THC, quando vi fumate una canna, che cosa succede? Che quel THC si va a legare allo stesso recettore a cui si legano gli endocannabinoidi. Quindi il THC si andrà a legare al CB1 o al CB2. Vi comporta che quel THC vi può provocare ad esempio un aumento di quelli che sono gli effetti degli endocannabinoidi. Gli endocannabinoidi sono prodotti dal nostro organismo perché regolano numerose funzioni, tra cui l\'appetito, il ciclo sonno-veglia, la memoria, il dolore, l\'assorbimento intestinale, intervengono anche nel controllo delle giunzioni tra le cellule nell\'intestino, cioè veramente svolgono tante funzioni. Il THC, a differenza degli endocannabinoidi che noi produciamo, ha quello che viene definito effetto psicotropico, ossia quella specie di effetto allucinogeno, quello che altera quelle che sono le nostre sensazioni e le nostre emozioni. Gli endocannabinoidi invece non hanno quell\'effetto, ma per il resto svolgono tutte le funzioni. Fu inventata una pillola una ventina d\'anni fa e fu messa in commercio in America. Questa pillola conteneva al suo interno una piccola quantità di THC e di cannabidiolo che non dava gli effetti psicotropici ed era utilizzata in caso di obesità perché gli endocannabinoidi che noi produciamo agiscono nel controllo dell\'appetito. In quel caso la regolazione è dovuta anche alla presenza dei recettori per gli endocannabinoidi e alla presenza di cellule che producono gli endocannabinoidi e sono molto importanti per il controllo dell\'appetito, del sonno eccetera. Queste pillole sono state tolte dal commercio perché questi recettori se vengono attivati continuamente possono produrre poi delle risposte oltre quello che è il fabbisogno dell\'organismo. Nel caso di questo farmaco il problema sapete qual è che in realtà io il recettore per gli endocannabinoidi non ce l\'ho soltanto a livello intestinale o su quelle cellule che mi controllano l\'appetito. I cannabinoidi sono coinvolti nel controllo anche di quella che è la memoria, di quella che è l\'emozione e ci sono stati i casi di depressione che hanno portato a suicidio. Ossia il farmaco era ottimo perché in realtà aiutava queste persone che soffrivano di obesità a perdere peso andando a regolare la fame, quindi riduceva la fame. Tuttavia quelle molecole andavano ad agire su tutto l\'organismo, lì dove c\'erano i recettori per i cannabinoidi si andavano a legare e questo ha provocato casi di depressione perché si aveva un overproduzione degli endocannabinoidi attivando troppo quei recettori in alcune aree dove invece non dovrebbero essere attivati così tanto e questo ha portato ad esempio a depressione. Le molecole segnali abbiamo detto quelle piccole idrofobe passano attraverso la membrana e andranno su recettori intracellulari la maggior parte però sono grandi e idrofile e quindi si legano a questi recettori questo ci ha permesso di distinguere recettori di membrana e intracellulari. Quelli di membrana e quindi sono quelli che ritroviamo sulla superficie della membrana plasmatica o meglio che attraversano la membrana plasmatica e invece quelli intracellulari li ritroviamo o nel citoplasma o sulle membrane degli organelli. Iniziamo ad analizzare nel particolare una delle famiglie di recettori, i recettori accoppiati a proteine G, (i recettori di cannabinoidi sono recettori accoppiati a proteine G). Qual è la caratteristica di questi recettori? Questi recettori sono delle proteine molto grandi che attraversano più volte la membrana plasmatica ogni tratto che attraversa la membrana plasmatica ha il ripiegamento ad alfa elica, i segmenti che attraversano la membrana sono sette e sul lato extracellulare fuoriuscirà quello che viene definita estremità N terminale mentre all\'interno della cellula ritroveremo l\'estremità C terminale. Quando abbiamo parlato della formazione delle proteine quindi degli aminoacidi che formano la catena polipeptidica in realtà queste catene terminano sempre con un N terminale e un C terminale proprio per la conformazione e la struttura degli aminoacidi che costituiscono le proteine. Queste due estremità sono importanti perché permettono da una parte la giusta organizzazione della proteina all\'interno della membrana plasmatica, ossia la proteina una volta che viene sintetizzata e portata verso la membrana plasmatica sa che deve disporre l\'N terminale all\'esterno e il C terminale all\'interno della cellula. La parte esterna del recettore tra i vari ripiegamenti che forma tra un\'ansa e l\'altra che passa attraverso la membrana, si creerà un sito di legame per la molecola segnale, ossia in quella zona noi ritroveremo una catena aminoacidica che è capace di legarsi alla molecola segnale. Allo stesso modo, all\'interno della membrana plasmatica ritroveremo una serie di ripiegamenti e tra questi ripiegamenti, generalmente tra la quinta e la sesta elica transmembrana, c\'è un ripiegamento che è quello che si lega alla proteina G, che è il nostro effettore in questo caso. Esistono diversi tipi di proteina G, è uno dei recettori che ritroveremo più spesso nelle cellule, capace di legare molte molecole segnale differenti e ne esistono ben quattro tipi differenti. Abbiamo: la proteina GQ, la proteina GS, la proteina G1 e la proteina G12-13. Queste proteine G vengono chiamate diversamente perché svolgono una funzione diversa. Attivano diverse vie di trasduzione del segnale. Queste proteine G sono costituite tutte da tre subunità, quindi abbiamo una struttura quaternaria con tre subunità: - La subunità α - la subunità β - la subunità gamma γ La beta e la gamma generalmente sono strettamente legate tra loro. Questa proteina non utilizza l\'ATP per produrre energia ma la molecola di GTP, ossia guanosina trifosfato. È identica all\'ATP, semplicemente al posto dell'adenina ritroviamo la guanosina, quindi la struttura sarà la stessa: abbiamo la guanina legata al ribosio, legata ai tre gruppi fosfato. Anche in questo caso, come per l\'ATP, il GTP perde un gruppo fosfato, produce energia perdendo il gruppo fosfato e si trasformerà in GDP, quindi il meccanismo è lo stesso di quello che ritroviamo per l\'ATP, semplicemente cambiamo adenina con guanina. Quando il recettore accoppiato a proteine G è inattivo e quindi non abbiamo molecole segnali legate ad esso, la proteina G si trova con le tre subunità adese tra loro, con la subunità alfa che porta legato il GDP (è inattivo, non sta funzionando, non abbiamo molecole segnali niente). Quando si lega la molecola segnale, la subunità alfa rilascia il GDP, legherà la molecola di GTP per prendere energia, prende energia dal GTP e si stacca dal complesso beta-gamma. Non abbiamo molecola segnale legata al recettore e quindi la proteina G si trova nello stato trimerico, quindi alfa, beta, gamma sono legate tra loro e alla subunità alfa è legato il GDP, che non ha energia. Quando si lega la molecola segnale al recettore, questo provoca una modifica conformazionale del recettore stesso e questa modifica conformazionale provoca una modifica conformazionale dell\'effettore, quindi della proteina G. La subunità alfa si stacca dalle subunità beta e gamma, lascia il GDP e lega il GTP. Questo perché? Perché la subunità alfa con il GTP legato potrà poi dare il via alla trasduzione del segnale, ossia avrà quell\'energia necessaria per effettuare la trasduzione del segnale, dare inizio alla risposta da parte della cellula. Nello specifico la subunità alfa si andrà a staccare completamente dalle subunità beta e gamma ed andrà a legarsi poi all\'effettore vero e proprio e andrà quindi a dare inizio alla via di trasduzione. I recettori accoppiati a proteine G in possono agire in duplice modo. In realtà non è solo la subunità alfa col GTP che può andare ad attivare una via di trasduzione del segnale, ma vedremo che anche il complesso beta-gamma può muoversi lungo la membrana plasmatica e andare ad attivare un\'altra via di trasduzione del segnale. L\'attivazione di un singolo recettore, può attivare diverse vie di trasduzione del segnale, quindi provocare diverse risposte da parte della cellula. Generalmente il recettore rimane così attivo e quindi continuiamo ad avere questa risposta affinché la subunità alfa porta legato il GTP. Nel momento in cui il GTP legato viene utilizzato, quindi dà la sua energia e si trasforma in GDP, la subunità alfa torna indietro, si rilega alle subunità beta e gamma e si riforma in recettore inattivo. E quindi torniamo alla conformazione primaria di recettore non attivo.