Metabotrope receptorer er en undertype af transmembrane receptorer i eukaryote celler , hvis påvirkning fører til primære, direkte ændringer i cellemetabolisme (deraf i virkeligheden navnet "metabotrope" receptorer). Virkningen af alle metabotrope receptorer uden undtagelse medieres gennem et eller andet system af sekundære budbringere . Metabotropiske receptorer kan være lokaliseret både på celleoverflademembranen og på membranerne af intracellulære vesikler.
Baseret på deres strukturelle og funktionelle karakteristika kan alle neurotransmitter- og hormonreceptorer opdeles i to brede kategorier: metabotrope og ionotrope receptorer. Ionotrope receptorer er direkte forbundet med cellens ionkanaler. Og metabotropiske receptorer har ikke en direkte forbindelse med ionkanaler på overfladen af cellen eller dens vesikler og udfører signaltransmission til dem gennem visse intracellulære signalmekanismer, ofte gennem G-proteiner . Især alle G-proteinkoblede receptorer er per definition metabotrope. Andre kendte eksempler på metabotrope receptorer indbefatter receptortyrosinkinaser og guanylatcyclaser.
Begge typer receptorer - metabotrope og ionotrope - aktiveres, når en specifik ligand er bundet til dem - en endogen eller eksogen agonist , normalt en neurotransmitter eller hormon. Når en ionotrop receptor aktiveres, åbner den en ionkanal, der tillader ioner såsom natrium , kalium , calcium eller chlorid at komme ind eller ud af cellen , hvilket resulterer i ændringer i cellens elektriske potentiale. Når en metabotropisk receptor aktiveres, aktiveres de intracellulære signalkaskader, der er forbundet med den (systemer af sekundære budbringere), og en kæde af forskellige intracellulære hændelser udløses, som måske eller måske ikke fører til åbning eller lukning af ionkanaler i cellen .
Denne klasse af receptorer omfatter metabotropiske glutamatreceptorer , muskarine acetylcholinreceptorer , GABA - B-receptorer og de fleste undertyper af serotoninreceptorer (med undtagelse af 5-HT3- receptoren , som er ionotrop), såvel som receptorer for noradrenalin , adrenalin, epinephrin , histamin , dopamin , forskellige neuropeptider , [1] [2] hormoner, vækstfaktorer, endogene opioider ( endorfiner ) og cannabinoider .
Den mest almindelige type metabotrope receptorer, G-protein-koblede receptorer, har syv hydrofobe transmembrane domæner. De fleste af disse er (eller kan være) monomere proteiner, selvom GABA-B-receptorer kræver heterodimerisering for at fungere korrekt. Den N-terminale ende af proteinet er placeret i det ekstracellulære rum, og den C-terminale ende er placeret i det intracellulære rum. [2]
Disse syv transmembrane domæner med en ydre N-terminal ende har ofte (eller formodes at have) en a-spiralformet struktur. Polypeptidkæden af en typisk G-proteinkoblet receptor består sædvanligvis af ca. 450-550 aminosyrebaser . Disse proteiner gennemgår ofte glykosylering såvel som palmitation . Palmitation giver en stigning i deres hydrofobicitet og deres lokalisering på overfladen af cellemembranen på specifikke steder.
Endogene ligander (agonister) af metabotrope receptorer er visse neurotransmittere eller hormoner, der ved at binde sig til receptoren ændrer dens rumlige konfiguration, hvilket fører til dens aktivering og lanceringen af visse intracellulære signalkaskader (i øvrigt signalkaskader forbundet med den samme receptor der) kan være flere, det vil sige mere end én). Dette kan igen føre til åbning eller lukning af visse ionkanaler og andre ændringer i cellens metabolisme og vitale aktivitet, for eksempel ændringer i gentranskription , ændringer i phosphoryleringen af visse proteiner. Når en agonistligand (neurotransmitter eller hormon) binder til et receptorprotein (primær signaltransmitter), aktiverer dette receptorprotein intracellulære primære effektorproteiner (f.eks. G-proteinet og derigennem den såkaldte hormonfølsomme adenylatcyclase ). Dette fører igen til dannelsen af såkaldte second messengers (f.eks. cAMP ) og til aktivering af sekundære effektorproteiner (f.eks . proteinkinase A ). Sekundære effektorproteiner udløser til gengæld flere tertiære effektorer og derefter en faldende effektorkaskade op til N. orden effektorer. Da åbning og lukning af ionkanaler med metabotrope receptorer kræver aktivering af et helt system af sekundære budbringere og effektorer, kræver ionkanaler, hvis aktivitet er indirekte reguleret af disse receptorer, mere tid til at åbne eller lukke end ionkanaler forbundet med ionotrope receptorer. Derfor er metabotrope receptorer ikke involveret i mekanismer, der kræver en meget hurtig reaktion fra cellen. [3] Virkningerne medieret af metabotrope receptorer varer dog længere. Metabotrope receptorer forbliver typisk aktiverede i sekunder eller minutter efter binding til en agonist. [3] De har derfor længerevarende virkninger end ionotrope receptorer, som åbner næsten øjeblikkeligt (~10 µs responstid), men forbliver åbne i kun et par millisekunder. [1] Desuden består effekten af ionotrope receptorer hovedsageligt i lokale ændringer i membranens elektriske potentiale i nærheden af receptoren, mens metabotrope receptorer kan påvirke hele cellens stofskifte og vitale aktivitet.
Metabotrope receptorer kan både åbne og lukke celleionkanaler (i modsætning til ionotrope receptorer, hvis aktivering altid fører til åbning af en normalt lukket ionkanal). De kan forårsage en stigning i excitabiliteten af cellemembranen ved at lukke cellens kaliumkanaler , hvilket fører til tilbageholdelse af positive ladninger inde i cellen og et fald i den strøm, der kræves for at generere et aktionspotentiale . [3] Metabotropiske receptorer på den præsynaptiske membran kan hæmme (oftere) eller stimulere (mindre ofte) frigivelsen af neurotransmittere fra den præsynaptiske neuron. [4] Metabotropiske receptorer kan underklassificeres afhængigt af de signaltransduktionsmekanismer, de bruger, og systemerne af sekundære budbringere og effektorer, der anvendes på receptortyrosinkinaser, G-proteinkoblede receptorer og guanylatcyklaser. [3]