Общие принципы сигнализации при помощи рецепторов клеточной поверхности. Понятие сигнальной трансдукции и сигнальных агентов. Три основные типа мембраных рецепторов.

Передача сигнала (сигнальная трансдукция, трансдукция, сигналинг, сигнализация, ) — в молекулярной биологии термин «Передача сигнала» относится к любому процессу, при помощи которого клетка превращает один тип сигнала или стимула в другой.
Первичные посредники — это химические соединения или физические факторы (квант света), способные активировать механизм передачи сигнала в клетке. В зависимости от функций первичные посредники могут быть разделены на несколько групп: гормоны, цитокины, нейротрансмиттеры, факторы роста, хемокины.Получение клеткой сигнала от первичных посредников обеспечивается особыми белками-рецепторами, для которых первичные посредники являются лигандами. Для обеспечения рецепторной функции молекулы белков должны отвечать ряду требований: обладать высокой избирательностью к лиганду; кинетика связывания лиганда должна описываться кривой с насыщением, соответствующим состоянию полной занятости всех молекул рецепторов, число которых на мембране ограничено; рецепторы должны обладать тканевой специфичностью, отражающей наличие или отсутствие данных функций в клетках органа-мишени; связывание лиганда и его клеточный (физиологический) эффект должны быть обратимы, параметры сродства должны соответствовать физиологическим концентрациям лиганда.Клеточные рецепторы делятся на следующие классы: мембранные; рецепторные тирозинкиназы; рецепторы, сопряжённые с G-белками; ионные каналы; цитоплазматические; ядерные.
Мембранные рецепторы распознают крупные (например, инсулин) или гидрофильные (например, адреналин) сигнальные молекулы, которые не могут самостоятельно проникать в клетку. Небольшие гидрофобные сигнальные молекулы (например, трийодтиронин, стероидные гормоны, CO, NO) способны проникать в клетку за счёт диффузии. Рецепторы таких гормонов обычно являются растворимыми цитоплазматическими или ядерными белками. После связывания лиганда с рецептором информация об этом событии передаётся дальше по цепи и приводит к формированию первичного и вторичного клеточного ответа. Передача сигнала предполагает примерно следующую схему: 1) взаимодействие внешнего агента (стимула) с клеточным рецептором, 2) активация эффекторной молекулы, находящейся в мембране и отвечающей за генерацию вторичных посредников, 3) образование вторичных посредников,4) активация посредниками белков-мишеней, вызывающих генерацию следующих посредников,5) исчезновение посредника.
Существуют три основных типа рецепторов, интегрированные во внешнюю клеточную мембрану : 1) рецепторы, сопряженные с G-белками; 2) рецепторы - ионные каналы; 3) рецепторы, ассоциированные с ферментативной активностью. Из-за ограниченности объема статьи рассмотрим в основном передачу сигнала при участии рецепторов, сопряженных с G-белками, и коротко затронем работу рецепторов 2-го и 3-го типов.
Рецепторы - ионные каналы - это интегральные мембранные белки, состоящие из нескольких субъединиц, полипептидная цепь которых несколько раз пересекает наружную клеточную мембрану. Они действуют одновременно и как ионные каналы и как рецепторы, которые способны специфически связывать со своей внешней стороны первичные сигналы, изменяющие их ионную (катионную или анионную - в зависимости от типа рецептора) проводимость (рис. 2, б ). Рецепторы данного типа используют в качестве первичных сигналов некоторые нейротрансмиттеры, отвечающие за синаптическую передачу в электрически возбудимых клетках. Классические примеры такого рода - это катионные ацетилхолиновые никотиновые рецепторы, локализованные на мембране клеток скелетных мышц в местах их синапсов с моторными нейронами, и подобные рецепторы из электрического органа скатов.

Схема строения и функционирование рецепторов, сопряженных с G-белками. Вовлечение цАМФ.

Рецепторы, сопряженные с G-белками передают сигнал от первичных мессенджеров к внутриклеточным мишеням с помощью каскада GPCR ё G-белок ё эффекторный белок (рис. 2, а). Первичными сигналами для этих рецепторов служат самые разнообразные молекулы, среди которых низкомолекулярные гормоны и нейропередатчики, или нейротрансмиттеры (например, адреналин, норадреналин, ацетилхолин, серотонин, гистамин), опиоиды, гормоны пептидной и белковой природы (адренокортикотропин, сомаостатин, вазопрессин, ангиотензин, гонадотропин, эпидермальный фактор роста), некоторые нейропептиды. В этот же ряд попадают множество химических сигналов, воспринимаемых обонятельными и вкусовыми сенсорными клетками, и свет, рецептором для которого служит пигмент зрительных, или фоторецепторных, клеток родопсин. Следует учесть, что один и тот же первичный сигнал может инициировать передачу сигнала через несколько (иногда более 10) разных GPCR, так что если число внешних сигналов для GPCR составляет несколько десятков, то самих таких рецепторов известно более 200. При всем их разнообразии GPCR представляют собой мономерные интегральные мембранные белки, полипептидная цепь которых семь раз пересекает клеточную мембрану. Во всех случаях участок рецептора, ответственный за взаимодействие с первичным сигналом, локализован с внешней стороны мембраны, а участок, контактирующий с G-белком, - на ее цитоплазматической стороне.