¿Qué son los receptores de membrana?
Los receptores de membrana son un tipo de receptores celulares que se ubican en la superficie de la membrana plasmática de las células, permitiéndoles detectar sustancias químicas que por su naturaleza no pueden atravesar la membrana.
Generalmente, los receptores de membrana son proteínas integrales de membrana especializadas en la detección de señales químicas, como las hormonas peptídicas, los neurotransmisores y ciertos factores tróficos. Algunos fármacos y toxinas también pueden unirse a este tipo de receptores.
Se clasifican de acuerdo con el tipo de cascada intracelular a la que están acoplados y que son las que determinan el efecto final en la célula correspondiente, llamada célula diana o célula blanco.
Así, se han descrito tres grandes grupos: los ligados a canales iónicos, los ligados a enzimas y los ligados a proteína G. La unión de los ligandos a los receptores genera un cambio conformacional en el receptor que desencadena una cascada de señalización intracelular en la célula diana.
Las cadenas de señalización acopladas a los receptores de membrana permiten amplificar las señales y generar respuestas o cambios transitorios o permanentes en la célula diana. Estas señales intracelulares se llaman en conjunto “sistema de transducción de señal”.
Funciones de los receptores de membrana
- Transducción de señales. Detectan señales externas (como hormonas, neurotransmisores, o factores de crecimiento) y las convierten en señales internas que la célula puede interpretar y responder, iniciando una cascada de eventos intracelulares.
- Reconocimiento celular. Participan en el reconocimiento y la identificación de células entre sí, lo cual es fundamental para la formación de tejidos y la respuesta inmune. Por ejemplo, los receptores de membrana permiten a las células inmunitarias identificar células propias de las no propias, contribuyendo a la defensa del organismo.
- Regulación de la función celular. Activando o inhibiendo vías de señalización intracelulares, los receptores de membrana regulan funciones celulares como el crecimiento, la diferenciación, la apoptosis (muerte celular programada), y la movilidad celular.
- Adhesión celular. Algunos receptores de membrana actúan como moléculas de adhesión, facilitando la unión de una célula a otra o a la matriz extracelular, lo cual es esencial para mantener la estructura de los tejidos y la comunicación intercelular.
- Transporte de moléculas. Algunos funcionan también como canales o transportadores que permiten el paso de moléculas específicas a través de la membrana celular, regulando el equilibrio de iones y otras sustancias entre el interior y el exterior de la célula.
- Respuesta a estímulos externos. Permiten que la célula responda a cambios en su entorno, como variaciones en la concentración de nutrientes, señales químicas o estrés ambiental, ajustando su comportamiento en consecuencia.
Tipos de receptores de membrana
- Receptores de membrana ligados a canales iónicos. También denominados canales iónicos con puerta de ligando, son proteínas membranales compuestas entre 4 y 6 subunidades que se arman de tal forma que dejan un conducto o poro central, a través del cual pasan los iones de un lado a otro de la membrana. Estos canales atraviesan la membrana y poseen un extremo extracelular, donde se encuentra el sitio de unión para el ligando, y otro extremo intracelular que, en algunos canales, presenta un mecanismo de compuerta. Ciertos canales tienen un sitio de ligando intracelular.
- Receptores de membrana ligados a enzimas. Estos receptores también son proteínas transmembranales. Tienen un extremo extracelular que presenta el sitio de unión para el ligando, que tienen asociado a su extremo intracelular una enzima que se activa con la unión del ligando al receptor.
- Receptores de membrana acoplados o ligados a proteína G. Los receptores acoplados a proteínas G tienen un mecanismo indirecto para regular las funciones intracelulares de las células diana. Involucra moléculas transductoras, denominadas proteínas de fijación o de unión de GTP o proteínas G. Todos los receptores ligados a proteína G están formados por una proteína membranal que atraviesa siete veces la membrana, y reciben el nombre de receptores metabotrópicos. Se han identificado cientos de receptores ligados a diferentes proteínas G.
Funcionamiento de los receptores de membrana
En los receptores ligados a canales iónicos, la unión del ligando al receptor genera un cambio conformacional en la estructura del receptor que puede modificar una compuerta, acercar o alejar las paredes del canal. Con ello modifican el paso de iones de un lado a otro de la membrana.
Los receptores ligados a canales iónicos son, en su mayoría, específicos para un tipo de ion, por lo que se han descrito receptores para canales de K+, de Cl-, de Na+, de Ca++, etc. También existen canales que dejan pasar dos o más tipos de iones.
La mayor parte de los receptores ligados a enzimas se asocian con proteínas quinasas, especialmente con la enzima tirosina quinasa. Estas quinasas se activan cuando se une el ligando al receptor en su sitio de unión extracelular. Las quinasas fosforilan proteínas específicas en la célula diana, lo que modifica la función de la misma.
Los receptores ligados a proteína G activan cascadas de reacciones bioquímicas que terminan modificando la función de varias proteínas en la célula diana.
Existen dos tipos de proteínas G: las proteínas G heterotriméricas y las proteínas G monoméricas. Ambas están unidas al GDP de manera inactiva, pero al unirse el ligando al receptor se reemplaza el GDP por GTP y se activa la proteína G.
En las proteínas G heterotriméricas, la subunidad α unida al GTP se disocia del complejo ßγ, quedando la proteína G activada. Tanto la subunidad α unida al GTP, como la ßγ libre, pueden mediar la respuesta.
Las proteínas G monoméricas, o proteínas G pequeñas, también reciben el nombre de proteínas Ras por haber sido descritas por primera vez en un virus que produce tumores sarcomatosos en ratas.
Al activarse, estimulan mecanismos principalmente relacionados con el tráfico vesicular y con funciones del citoesqueleto (modificación, remodelación, transporte, etc.).
Ejemplos de receptores de membrana
El receptor de acetilcolina, ligado a un canal de sodio que se abre al unirse a la acetilcolina y que genera una despolarización de la célula diana, es un buen ejemplo de receptores de membrana ligados a canales iónicos. Además, existen tres tipos de receptores de glutamato que son receptores ionotrópicos.
El glutamato es uno de los neurotransmisores excitadores más importantes del sistema nervioso. Sus tres tipos de receptores ionotrópicos son: los receptores de NMDA (N-metil-D-aspartato), los de AMPA (α-amino-3-hidroxi-5-metil-4-isoxazol-propionato) y los de kainato (ácido kaínico).
Sus nombres derivan de los agonistas que los activan, y estos tres tipos de canales son ejemplos de canales excitadores no selectivos, ya que permiten el paso de sodio y potasio, y en algunos casos de pequeñas cantidades de calcio.
Ejemplos de los receptores ligados a enzimas son el receptor de insulina, la familia de receptores TrK o receptores de neurotrofinas y los receptores para algunos factores de crecimiento.
Entre los receptores acoplados a proteína G más importantes destacan los receptores muscarínicos de la acetilcolina, los receptores β-adrenérgicos, los receptores del sistema olfatorio, los receptores metabotrópicos de glutamato, los receptores para muchas hormonas peptídicas y los receptores de rodopsina del sistema retiniano.
Referencias
- Siegelbaum, S., Hudspeth, A.J. Principles of neural science. McGraw Hill.
- Hulme, E.C., Birdsall, N.J.M., Buckley, N.J. Muscarinic receptor subtypes. Annual review of pharmacology and toxicology.
- Cull-Candy, S.G., Leszkiewicz, D.N. Role of distinct NMDA receptor subtypes at central synapses. Sci. STKE.
- William, F.G., Ganong, M.D. Review of medical physiology. Printed in the United States of America, Seventeenth Edition.
- Bear, M.F., Connors, B.W., Paradiso, M.A. Neuroscience (Vol. 2). Lippincott Williams & Wilkins.