Metabotrooppiset reseptorit ovat kalvon läpäisevien reseptorien alatyyppi eukaryoottisoluissa , joiden vaikutus johtaa primaarisiin, suoriin muutoksiin solujen aineenvaihdunnassa (tästä itse asiassa nimi "metabotrooppiset" reseptorit). Kaikkien metabotrooppisten reseptorien vaikutus poikkeuksetta välittyy toisen tai toisen toissijaisten viestintäjärjestelmien kautta . Metabotrooppiset reseptorit voivat sijaita sekä solun pintakalvolla että solunsisäisten rakkuloiden kalvoilla.
Rakenteellisten ja toiminnallisten ominaisuuksiensa perusteella kaikki välittäjäaine- ja hormonireseptorit voidaan jakaa kahteen laajaan luokkaan: metabotrooppisiin ja ionotrooppisiin reseptoreihin. Ionotrooppiset reseptorit ovat suoraan yhteydessä solun ionikanaviin. Ja metabotrooppisilla reseptorilla ei ole suoraa yhteyttä solun tai sen rakkuloiden pinnalla oleviin ionikanaviin, ja ne välittävät niille signaalin tiettyjen solunsisäisten signaalimekanismien kautta, usein G-proteiinien kautta . Erityisesti kaikki G-proteiiniin kytketyt reseptorit ovat määritelmän mukaan metabotrooppisia. Muita tunnettuja esimerkkejä metabotrooppisista reseptoreista ovat reseptorityrosiinikinaasit ja guanylaattisyklaasit.
Molemmat reseptorityypit - metabotrooppiset ja ionotrooppiset - aktivoituvat, kun niihin sitoutuu tietty ligandi - endogeeninen tai eksogeeninen agonisti , yleensä välittäjäaine tai hormoni. Kun ionotrooppinen reseptori aktivoituu, se avaa ionikanavan, joka mahdollistaa ionien , kuten natriumin , kaliumin , kalsiumin tai kloridin , pääsyn soluun tai poistumisen siitä , mikä johtaa solun sähköpotentiaalin muutoksiin. Kun metabotrooppinen reseptori aktivoituu, siihen liittyvät solunsisäiset signalointikaskadit (toisten lähettiläiden järjestelmät) aktivoituvat ja laukeaa solunsisäisten tapahtumien ketju, joka voi johtaa tai ei johtaa ionikanavien avautumiseen tai sulkeutumiseen solussa. .
Tähän reseptoriluokkaan kuuluvat metabotrooppiset glutamaattireseptorit , muskariiniasetyylikoliinireseptorit , GABA - B-reseptorit ja useimmat serotoniinireseptorien alatyypit (lukuun ottamatta 5-HT3- reseptoria , joka on ionotrooppinen), sekä norepinefriinin , epinefriinin , histamiini , dopamiini , erilaiset neuropeptidit , [1] [2] hormonit, kasvutekijät, endogeeniset opioidit ( endorfiinit ) ja kannabinoidit .
Yleisimmillä metabotrooppisilla reseptorilla, G-proteiiniin kytketyillä reseptorilla, on seitsemän hydrofobista transmembraanidomeenia. Useimmat näistä ovat (tai voivat olla) monomeeriproteiineja , vaikka GABA-B-reseptorit vaativat heterodimerisaatiota toimiakseen kunnolla. Proteiinin N-terminaalinen pää sijaitsee solunulkoisessa tilassa ja C-terminaalinen pää sijaitsee intrasellulaarisessa tilassa. [2]
Näillä seitsemällä transmembraanisella domeenilla, joilla on ulompi N-terminaalinen pää, on usein (tai niillä oletetaan olevan) a-kierteinen rakenne. Tyypillisen G-proteiiniin kytketyn reseptorin polypeptidiketju koostuu tavallisesti noin 450-550 aminohappoemäksestä . Nämä proteiinit käyvät usein läpi glykosylaatiota sekä palmitaatiota . Palmitaatio lisää niiden hydrofobisuutta ja niiden sijaintia solukalvon pinnalla tietyissä paikoissa.
Metabotrooppisten reseptoreiden endogeeniset ligandit (agonistit) ovat tiettyjä välittäjäaineita tai hormoneja, jotka sitoutuessaan reseptoriin muuttavat sen spatiaalista konfiguraatiota, mikä johtaa sen aktivoitumiseen ja tiettyjen solunsisäisten signaalikaskadien (lisäksi samaan reseptoriin liittyvien signaalikaskadien) käynnistämiseen. voi olla useita, eli useampi kuin yksi). Tämä puolestaan voi johtaa tiettyjen ionikanavien avautumiseen tai sulkeutumiseen ja muihin muutoksiin solun aineenvaihdunnassa ja elintärkeässä toiminnassa, esimerkiksi muutoksiin geenin transkriptiossa , muutoksiin tiettyjen proteiinien fosforylaatiossa . Kun agonistiligandi (neurotransmitteri tai hormoni) sitoutuu reseptoriproteiiniin (primaarinen signaalinlähettäjä), tämä reseptoriproteiini aktivoi solunsisäisiä primaarisia efektoriproteiineja (esimerkiksi G-proteiinia ja sen kautta ns. hormoniherkkää adenylaattisyklaasia ). Tämä puolestaan johtaa niin kutsuttujen toissijaisten lähettimien (esim. cAMP ) muodostumiseen ja sekundääristen efektoriproteiinien (esim . proteiinikinaasi A ) aktivoitumiseen. Toissijaiset efektoriproteiinit puolestaan laukaisevat useita tertiäärisiä efektoreita ja sitten laskevan efektorisarjan N:nnen kertaluvun efektoreihin. Koska ionikanavien avaaminen ja sulkeminen metabotrooppisten reseptoreiden toimesta edellyttää kokonaisen toissijaisten lähettimien ja efektorien järjestelmän aktivoitumista, ionikanavat, joiden aktiivisuutta säätelevät epäsuorasti nämä reseptorit, vaativat enemmän aikaa avautua tai sulkeutua kuin ionotrooppisiin reseptoreihin liittyvät ionikanavat. Siksi metabotrooppiset reseptorit eivät ole mukana mekanismeissa, jotka vaativat erittäin nopean vasteen solulta. [3] Metabotrooppisten reseptorien välittämät vaikutukset kestävät kuitenkin pidempään. Metabotrooppiset reseptorit pysyvät tyypillisesti aktivoituina sekunteja tai minuutteja agonistiin sitoutumisen jälkeen. [3] Siksi niillä on pidempi vaikutus kuin ionotrooppisilla reseptorilla, jotka avautuvat lähes välittömästi (noin 10 µs vasteaika), mutta pysyvät auki vain muutaman millisekunnin. [1] Lisäksi ionotrooppisten reseptorien vaikutus koostuu pääasiassa paikallisista muutoksista kalvon sähköpotentiaalissa reseptorin läheisyydessä, kun taas metabotrooppiset reseptorit voivat vaikuttaa koko solun aineenvaihduntaan ja elintoimintoihin.
Metabotrooppiset reseptorit voivat sekä avata että sulkea solun ionikanavia (toisin kuin ionotrooppiset reseptorit, joiden aktivoituminen johtaa aina normaalisti suljetun ionikanavan avautumiseen). Ne voivat lisätä solukalvon heräävyyttä sulkemalla solun kaliumkanavia , mikä johtaa positiivisten varausten pysymiseen solun sisällä ja toimintapotentiaalin synnyttämiseen tarvittavan virran pienenemiseen . [3] Presynaptisen kalvon metabotrooppiset reseptorit voivat estää (useammin) tai stimuloida (harvemmin) välittäjäaineiden vapautumista presynaptisesta neuronista. [4] Metabotrooppiset reseptorit voidaan jakaa alaluokkiin riippuen niiden käyttämistä signaalinvälitysmekanismeista ja reseptorityrosiinikinaasien, G-proteiinikytkettyjen reseptoreiden ja guanylaattisyklaasien toissijaisten lähettimien ja efektorien järjestelmistä. [3]