RÉCEPTEURS MEMBRANAIRES: FONCTIONS, TYPES, COMMENT ILS FONCTIONNENT - LA BIOLOGIE - 2025

Les récepteurs membranaires sont une classe de récepteurs cellulaires qui sont situés à la surface de la membrane plasmique des cellules, permettant de détecter les produits chimiques de par leur nature ne pouvant traverser la membrane.

Généralement, les récepteurs membranaires sont des protéines membranaires intégrales spécialisées dans la détection de signaux chimiques tels que les hormones peptidiques, les neurotransmetteurs et certains facteurs trophiques; certains médicaments et toxines peuvent également se lier à ces types de récepteurs.

Schéma représentatif d'un récepteur membranaire. Les ligands situés à l'extérieur de la membrane (1), l'interaction ligand-récepteur membrane (2) et (3) les événements de signalisation ultérieurs sont observés (Source: Wyatt Pyzynski via Wikimedia Commons)

Elles sont classées selon le type de cascade intracellulaire auquel elles sont couplées et qui sont celles qui déterminent l'effet final sur la cellule correspondante, appelée cellule cible ou cellule cible.

Ainsi, trois grands groupes ont été décrits: ceux liés aux canaux ioniques, ceux liés aux enzymes et ceux liés à la protéine G.La liaison des ligands aux récepteurs génère un changement conformationnel du récepteur qui déclenche une cascade de signalisation intracellulaire dans le cellule cible.

Les chaînes de signalisation couplées aux récepteurs membranaires permettent d'amplifier les signaux et de générer des réponses ou des changements transitoires ou permanents dans la cellule cible. Ces signaux intracellulaires sont appelés collectivement le «système de transduction de signal».

Caractéristiques

La fonction des récepteurs membranaires, et d'autres types de récepteurs en général, est de permettre la communication des cellules entre elles, de telle sorte que les différents organes et systèmes d'un organisme travaillent de manière coordonnée pour maintenir l'homéostasie et répondre aux ordres volontaires et automatiques émis par le système nerveux.

Ainsi, un signal chimique agissant sur la membrane plasmique peut déclencher une modification amplifiée de diverses fonctions au sein de la machinerie biochimique d'une cellule et déclencher une multiplicité de réponses spécifiques.

Grâce au système d'amplification du signal, un seul stimulus (ligand) est capable de générer des changements transitoires immédiats, indirects et à long terme, modifiant l'expression de certains gènes dans la cellule cible, par exemple.

Les types

Les récepteurs cellulaires sont classés, selon leur emplacement, en: récepteurs membranaires (ceux qui sont exposés dans la membrane cellulaire) et récepteurs intracellulaires (qui peuvent être cytoplasmiques ou nucléaires).

Les récepteurs membranaires sont de trois types:

- Lié aux canaux ioniques

- Lié aux enzymes

- Lié à la protéine G

Récepteurs membranaires liés aux canaux ioniques

Aussi appelées canaux ioniques ligand-dépendants, ce sont des protéines membranaires composées de 4 à 6 sous-unités qui sont assemblées de manière à laisser un canal ou pore central, à travers lequel les ions passent d'un côté de la membrane à l'autre.

Exemple du récepteur de l'acétylcholine, récepteur lié à un canal ionique. Les trois états conformationnels de celui-ci sont affichés (Source: Laozhengzz via Wikimedia Commons)

Ces canaux traversent la membrane et ont une extrémité extracellulaire, où se trouve le site de liaison pour le ligand, et une autre extrémité intracellulaire qui, dans certains canaux, a un mécanisme de grille. Certains canaux ont un site ligand intracellulaire.

Récepteurs membranaires liés aux enzymes

Ces récepteurs sont également des protéines transmembranaires. Ils ont une extrémité extracellulaire qui présente le site de liaison pour le ligand et qui ont associé à leur extrémité intracellulaire une enzyme qui est activée par la liaison du ligand au récepteur.

Récepteurs membranaires couplés ou liés à la protéine G

Les récepteurs couplés aux protéines G ont un mécanisme indirect de régulation des fonctions intracellulaires des cellules cibles qui implique des molécules de transducteur appelées protéines de liaison ou de liaison GTP ou protéines G.

Tous ces récepteurs liés aux protéines G sont constitués d'une protéine membranaire qui traverse la membrane sept fois et sont appelés récepteurs métabotropes. Des centaines de récepteurs liés à différentes protéines G ont été identifiés.

Comment travaillent-ils?

Dans les récepteurs liés aux canaux ioniques, la liaison du ligand au récepteur génère un changement conformationnel dans la structure du récepteur qui peut modifier une porte, rapprocher ou éloigner les parois du canal. Avec cela, ils modifient le passage des ions d'un côté de la membrane à l'autre.

Les récepteurs liés aux canaux ioniques sont, pour la plupart, spécifiques d'un type d'ion, c'est pourquoi des récepteurs pour les canaux K +, Cl-, Na +, Ca ++, etc. ont été décrits. Il existe également des canaux qui permettent à deux types d'ions ou plus de passer à travers.

La plupart des récepteurs liés aux enzymes s'associent aux protéines kinases, en particulier l'enzyme tyrosine kinase. Ces kinases sont activées lorsque le ligand se lie au récepteur au niveau de son site de liaison extracellulaire. Les kinases phosphorylent des protéines spécifiques dans la cellule cible, modifiant la fonction de la cellule.

Exemple de récepteur membranaire lié à l'enzyme tyrosine kinase (Source: Laozhengzz via Wikimedia Commons)

Les récepteurs liés aux protéines G activent des cascades de réactions biochimiques qui finissent par modifier la fonction de diverses protéines dans la cellule cible.

Il existe deux types de protéines G qui sont les protéines G hétérotrimériques et les protéines G monomères. Les deux sont liés de manière inactive au GDP, mais en liant le ligand au récepteur, le GDP est remplacé par le GTP et la protéine G est activée.

Dans les protéines G hétérotrimériques, la sous-unité α liée à GTP se dissocie du complexe ßγ, laissant la protéine G activée. La sous-unité α liée au GTP et le ßγ libre peuvent induire la réponse.

Schéma d'un récepteur couplé à une protéine G (Source: Bensaccount sur Wikipedia anglais via Wikimedia Commons)

Les protéines G monomères ou petites protéines G sont également appelées protéines Ras car elles ont été décrites pour la première fois dans un virus qui produit des tumeurs sarcomateuses chez le rat.

Lorsqu'ils sont activés, ils stimulent des mécanismes principalement liés au trafic vésiculaire et aux fonctions cytosquelettiques (modification, remodelage, transport, etc.).

Exemples

Le récepteur de l'acétylcholine, lié à un canal sodium qui s'ouvre lorsqu'il se lie à l'acétylcholine et provoque la dépolarisation de la cellule cible, est un bon exemple de récepteurs membranaires liés aux canaux ioniques. De plus, il existe trois types de récepteurs du glutamate qui sont des récepteurs ionotropes.

Le glutamate est l'un des neurotransmetteurs excitateurs les plus importants du système nerveux. Ses trois types de récepteurs ionotropes sont: les récepteurs NMDA (N-méthyl-D-aspartate), AMPA (α-amino-3-hydroxy-5-méthyl-4-isoxazole-propionate) et kaïnate (acide kainic).

Leurs noms sont dérivés des agonistes qui les activent et ces trois types de canaux sont des exemples de canaux excitateurs non sélectifs, car ils permettent le passage du sodium et du potassium et dans certains cas de petites quantités de calcium.

Des exemples de récepteurs liés à une enzyme sont le récepteur de l'insuline, la famille de récepteurs TrK ou récepteurs de neurotrophine, et les récepteurs de certains facteurs de croissance.

Les récepteurs couplés aux protéines G les plus importants comprennent les récepteurs muscariniques de l'acétylcholine, les récepteurs β-adrénergiques, les récepteurs du système olfactif, les récepteurs métabotropiques du glutamate, les récepteurs de nombreuses hormones peptidiques et les récepteurs de la rhodopsine du système rétinien.

Références

1. Département de biochimie et de biophysique moléculaire Thomas Jessell, Siegelbaum, S., & Hudspeth, AJ (2000). Principes de la science neurale (Vol. 4, pp. 1227-1246). ER Kandel, JH Schwartz et TM Jessell (éd.). New York: McGraw-hill.
2. Hulme, EC, Birdsall, NJM et Buckley, NJ (1990). Sous-types de récepteurs muscariniques. Revue annuelle de pharmacologie et toxicologie, 30 (1), 633-673.
3. Cull-Candy, SG et Leszkiewicz, DN (2004). Rôle des sous-types de récepteurs NMDA distincts au niveau des synapses centrales. Sci. STKE, 2004 (255), re16-re16.
4. William, FG et Ganong, MD (2005). Examen de la physiologie médicale. Imprimé aux États-Unis d'Amérique, dix-septième édition, Pp-781.
5. Bear, MF, Connors, BW et Paradiso, MA (éd.). (2007). Neuroscience (Vol. 2). Lippincott Williams et Wilkins.