Los receptores metabotrópicos son un subtipo de receptores transmembrana en las células eucariotas , cuyo impacto conduce a cambios primarios y directos en el metabolismo celular (de ahí, de hecho, el nombre de receptores "metabotrópicos"). El efecto de todos los receptores metabotrópicos sin excepción está mediado por uno u otro sistema de segundos mensajeros . Los receptores metabotrópicos pueden ubicarse tanto en la membrana de la superficie celular como en las membranas de las vesículas intracelulares.
Según sus características estructurales y funcionales, todos los receptores de hormonas y neurotransmisores se pueden dividir en dos grandes categorías: receptores metabotrópicos e ionotrópicos. Los receptores ionotrópicos están directamente conectados a los canales iónicos de la célula. Y los receptores metabotrópicos no tienen una conexión directa con los canales iónicos en la superficie de la célula o sus vesículas y les transmiten señales a través de ciertos mecanismos de señalización intracelular, a menudo a través de proteínas G. En particular, todos los receptores acoplados a proteína G son, por definición, metabotrópicos. Otros ejemplos conocidos de receptores metabotrópicos incluyen receptores tirosina quinasas y guanilato ciclasas.
Ambos tipos de receptores, metabotrópicos e ionotrópicos, se activan cuando se les une un ligando específico, un agonista endógeno o exógeno , generalmente un neurotransmisor u hormona. Cuando se activa un receptor ionotrópico, abre un canal de iones que permite que iones como el sodio , el potasio , el calcio o el cloruro entren o salgan de la célula , lo que provoca cambios en el potencial eléctrico de la célula. Cuando se activa un receptor metabotrópico, se activan las cascadas de señales intracelulares asociadas a él (sistemas de segundos mensajeros), y se desencadena una cadena de diversos eventos intracelulares, que pueden conducir o no a la apertura o cierre de canales iónicos en la célula. .
Esta clase de receptores incluye receptores metabotrópicos de glutamato , receptores muscarínicos de acetilcolina , receptores GABA - B y la mayoría de los subtipos de receptores de serotonina (con la excepción del receptor 5-HT 3 , que es ionotrópico), así como receptores de norepinefrina , epinefrina , histamina , dopamina , varios neuropéptidos , [1] [2] hormonas, factores de crecimiento, opioides endógenos ( endorfinas ) y cannabinoides .
El tipo más común de receptores metabotrópicos, los receptores acoplados a proteína G, tienen siete dominios transmembrana hidrofóbicos . La mayoría de estos son (o pueden ser) proteínas monoméricas , aunque los receptores GABA-B requieren heterodimerización para funcionar correctamente. El extremo N-terminal de la proteína está ubicado en el espacio extracelular y el extremo C-terminal está ubicado en el espacio intracelular. [2]
Estos siete dominios transmembrana, con un extremo N-terminal externo, a menudo tienen (o se supone que tienen) una estructura α-helicoidal . La cadena polipeptídica de un receptor acoplado a proteína G típico consta normalmente de aproximadamente 450-550 bases de aminoácidos . Estas proteínas a menudo se someten a glicosilación , así como a palmitación . La palmitación proporciona un aumento de su hidrofobicidad y su localización en la superficie de la membrana celular en lugares específicos.
Los ligandos (agonistas) endógenos de los receptores metabotrópicos son ciertos neurotransmisores u hormonas que, al unirse al receptor, modifican su configuración espacial, lo que conduce a su activación y al lanzamiento de ciertas cascadas de señales intracelulares (además, cascadas de señales asociadas al mismo receptor allí). pueden ser varios, es decir, más de uno). Esto, a su vez, puede dar lugar a la apertura o cierre de ciertos canales iónicos y otros cambios en el metabolismo y la actividad vital de la célula, por ejemplo , cambios en la transcripción de genes , cambios en la fosforilación de ciertas proteínas. Cuando un ligando agonista (neurotransmisor u hormona) se une a una proteína receptora (transmisor primario de señales), esta proteína receptora activa proteínas efectoras primarias intracelulares (por ejemplo, la proteína G y, a través de ella, la llamada adenilato ciclasa sensible a hormonas ). Esto, a su vez, conduce a la formación de los llamados segundos mensajeros (p. ej ., cAMP ) ya la activación de proteínas efectoras secundarias (p. ej . , la proteína quinasa A ). Las proteínas efectoras secundarias, a su vez, desencadenan múltiples efectores terciarios y luego una cascada de efectores descendentes hasta efectores de orden N. Dado que la apertura y el cierre de los canales iónicos por parte de los receptores metabotrópicos requiere la activación de todo un sistema de segundos mensajeros y efectores, los canales iónicos cuya actividad está indirectamente regulada por estos receptores requieren más tiempo para abrirse o cerrarse que los canales iónicos asociados con los receptores ionotrópicos. Por lo tanto, los receptores metabotrópicos no están involucrados en mecanismos que requieran una respuesta muy rápida de la célula. [3] Sin embargo, los efectos mediados por los receptores metabotrópicos duran más. Los receptores metabotrópicos normalmente permanecen activados durante segundos o minutos después de unirse a un agonista. [3] Por lo tanto, tienen efectos más duraderos que los receptores ionotrópicos, que se abren casi instantáneamente (~10 µs de tiempo de respuesta) pero permanecen abiertos solo unos pocos milisegundos. [1] Además, el efecto de los receptores ionotrópicos consiste principalmente en cambios locales en el potencial eléctrico de la membrana en la vecindad del receptor, mientras que los receptores metabotrópicos pueden afectar el metabolismo y la actividad vital de toda la célula.
Los receptores metabotrópicos pueden tanto abrir como cerrar canales iónicos celulares (a diferencia de los receptores ionotrópicos, cuya activación siempre conduce a la apertura de un canal iónico normalmente cerrado). Pueden provocar un aumento de la excitabilidad de la membrana celular al cerrar los canales de potasio de la célula, lo que conduce a la retención de cargas positivas en el interior de la célula y a una disminución de la corriente necesaria para generar un potencial de acción . [3] Los receptores metabotrópicos en la membrana presináptica pueden inhibir (más a menudo) o estimular (con menos frecuencia) la liberación de neurotransmisores de la neurona presináptica. [4] Los receptores metabotrópicos se pueden subclasificar según los mecanismos de transducción de señales que utilizan y los sistemas de segundos mensajeros y efectores utilizados en los receptores tirosina quinasas, receptores acoplados a proteína G y guanilato ciclasas. [3]