Come fanno i recettori ionotropi e metabotropi a trasdurre il rilevamento di un segnale extracellulare in un cambiamento dell’attività neurale? Fai degli esempi e descrivi le somiglianze e le differenze tra le classi di recettori.

Risposta

I recettori ionotropi e metabotropi sono le due classi di proteine recettoriali che i neuroni esprimono per ricevere i neurotrasmettitori. Una proteina recettore è qualsiasi proteina la cui funzione primaria è quella di trasdurre il legame di un substrato molecolare in qualche segnale o azione.I recettori ionotropi passano direttamente la corrente quando legano il substrato.D’altra parte, i recettori metabotropi attivano direttamente le cascate molecolari quando legano il substrato.

Recettori ionotropi

I recettori ionotropi sono i recettori neurotrasmettitoriali più comuni.Poiché i loro effetti sono diretti, sono rapidi e, generalmente, di breve durata.

Gli esempi abbondano, ma includono il recettore AMPA, il recettore primario per il neurotrasmettitore eccitatorio primario, il glutammato, il recettore NMDA, che si pensa sia coinvolto nell’apprendimento e nella memoria, e il recettore GABA, il recettore primario per il neurotrasmettitore inibitorio primario, GABA.

Nota che NMDA è coinvolto nell’apprendimento e nella memoria, due processi definiti in gran parte dalla loro estensione temporale. Il recettore NMDA è in grado di avere un effetto più lungo perché la corrente che passa include ioni di calcio. Il calcio è un secondo messaggero comune nelle cascate molecolari, quindi questa corrente può avere effetti normalmente associati a tali cascate, piuttosto che con semplici correnti.Controlla l'”Aside on Terminology” sotto per alcuni pensieri su ciò che questo significa per la distinzione tra recettori ionotropi e metabotropi.

Recettori metabotropi

I recettori metabotropi hanno effetti più ampiamente variabili dei recettori ionotropi, ma quasi tutti rientrano in un’unica famiglia di geni: la famiglia dei recettori accoppiati a proteine G. Queste proteine si associano a una proteina comune più piccola, la proteina G, e la rilasciano quando legano il loro substrato.Poiché devono attivare una cascata chimica, i recettori metabotropi hanno effetti su una scala temporale più lenta rispetto ai recettori ionotropi.Si noti, tuttavia, che abbiamo visto un esempio di un recettore ionotropo che può avere effetti che durano per un tempo molto lungo.Allo stesso modo, ci sono recettori metabotropi le cui cascate semplicemente attivano canali ionici, causando variazioni di tensione dell’ordine di poche centinaia di ms.

Esempi di recettori metabotropi includono i recettori metabotropi del glutammato (mGluRs), che sono coinvolti nella depressione sinaptica a lungo termine, e i recettori muscarinici dell’acetilcolina (mAChRs), il cui ruolo nel sistema nervoso centrale è poco compreso.

Una parentesi sulla terminologia

Plato propose notoriamente di definire l’essere umano come un “bipede senza piume”; il cinico filosofo Diogene rispose spennando un pollo e gridando: “Ecco! Ti ho portato un uomo”

Il recettore NMDA† è tanto problematico per le nostre definizioni quanto il pollo lo era per quelle di Platone. In un certo senso, è sia ionotropo che metabotropo: passa una corrente e quella corrente attiva direttamente una cascata molecolare, il che pone un problema, dato che vorremmo essere in grado di dividere le nostre molecole in insiemi disgiunti.

Ho posto questa domanda (il recettore NMDA è metabotropo o ionotropo?) a una conferenza di neuroscienze e quasi scoppiò una rissa nella vasca da bagno.Per i biofisici e gli specialisti dei canali ionici, NMDA era ovviamente ionotropo, mentre i neuroscienziati cellulari e dei sistemi pensavano che fosse altrettanto ovvio che NMDA fosse metabotropo.

Cosa deve fare una ragazza di fronte a questa confusione? Mi conforta una citazione di Ludwig Wittgenstein, un altro filosofo, questa volta del XX secolo, che, in una citazione che purtroppo rende poca giustizia alla sua favolosa filosofia del linguaggio, ha detto: “I confini del mio linguaggio sono i confini del mio mondo”, vale a dire che il mondo stesso esiste semplicemente, al diavolo nomi, gerghi e simboli. Noi gli poniamo dei confini artificiali con le nostre parole,così come gli stati nazionali pongono dei confini artificiali sulla Terra,e poi pretendiamo che le nostre categorie ed etichette siano “naturali” quando in realtà sono tutt’altro. Riflettono il mondo in cui crediamo di vivere, il mondo in cui vorremmo vivere, e dovremmo avere cura di essere onesti su questo.

† Un inciso sulla terminologia a questo inciso sulla terminologia: la convenzione di nominare i recettori dopo la sostanza chimica che risulta essere l’agente legante più selettivo al momento della scoperta è totalmente folle. Non c’è NMDA (né AMPA!) nel corpo, quindi chiamare la proteina in questione un “recettore NMDA” è totalmente contrario alla nozione stessa di recettori^!

^ Un livello più profondo: la nozione di recettori mi sembra che sia esattamente al contrario. Il termine proviene da un’epoca in cui la biochimica era seriamente limitata nelle sue tecniche, e sottovalutava considerevolmente la complessità delle proteine e la potenza dei modelli della chimica inorganica. Si riferisce a saggi in cui le sostanze chimiche vengono lavate e le loro affinità di legame calcolate in modo molto intelligente. Il loro ruolo nella cellula ha poco a che fare con il legame in sé. Si noti che questo rifiuta qualsiasi bisogno di diventare strano e dire cose come “fotorecettore” o “meccanorecettore”.