Antwoord
Ionotrope receptoren en metabotrope receptoren zijn de twee klassen receptoreiwitten die neuronen tot expressie brengen om neurotransmitters te ontvangen.Een receptoreiwit is elk eiwit met als voornaamste functie het omzetten van de binding van een moleculair substraat in een of ander signaal of actie.Ionotrope receptoren geven rechtstreeks stroom door wanneer zij substraat binden.Anderzijds activeren metabotrope receptoren rechtstreeks moleculaire cascadeswanneer zij substraat binden.
Ionotrope receptoren
Ionotrope receptoren zijn de meest voorkomende neurotransmitterreceptoren.Omdat hun effecten direct zijn, zijn ze snel en over het algemeen van zeer korte duur.
Voorbeelden zijn er in overvloed, maar omvatten de AMPA-receptor, de primaire receptor voor de primair-excitatoire neurotransmitter, glutamaat, de NMDA-receptor, waarvan wordt gedacht dat deze betrokken is bij leren en geheugen, en de GABA-receptor, de primaire receptor voor de primaire remmende neurotransmitter, GABA.
Merk op dat NMDA betrokken is bij leren en geheugen, twee processen die grotendeels worden gedefinieerd door hun temporele uitbreiding. De NMDA-receptor kan een langer effect hebben, omdat de stroom die hij doorlaat calciumionen bevat. Calcium is een veel voorkomende tweede boodschapper in moleculaire cascades, zodat deze stroom effecten kan hebben die normaal met dergelijke cascades worden geassocieerd, in plaats van met eenvoudige stromen.
Metabotrope receptoren
Metabotrope receptoren hebben meer uiteenlopende effecten dan ionotrope receptoren, maar ze vallen bijna allemaal in één genenfamilie: de G-eiwit gekoppelde receptorfamilie. Deze eiwitten associëren met een gemeenschappelijk, kleiner eiwit, het G-eiwit, en laten dit los wanneer ze hun substraat binden. Vaak is bij deze cascades de cyclische nucleotide familie van signaalmoleculen en/of eiwitfosforylatie betrokken.Omdat zij een chemische cascade moeten activeren, hebben metabotrope receptoren een langzamer effect dan ionotrope receptoren, maar wij hebben een voorbeeld gezien van een ionotrope receptor die een effect kan hebben dat zeer lang duurt. Er zijn ook metabotrope receptoren waarvan de cascades slechts ionenkanalen activeren en spanningsveranderingen in de orde van een paar honderd ms veroorzaken.
Voorbeelden van metabotrope receptoren zijn de metabotrope glutamaatreceptoren (mGluRs), die betrokken zijn bij langdurige synaptische depressie, en de muscarine acetylcholine receptoren (mAChRs), waarvan de rol in het centrale zenuwstelsel slecht wordt begrepen.
An Aside on Terminology
Plato heeft beroemd voorgesteld om een mens te definiëren als een “tweevoeter zonder veren”. De cynische filosoof Diogenes reageerde beroemd door een kip te plukken en te roepen: “Aanschouw! Ik heb u een mens gebracht.”
De NMDA-receptor† is ongeveer even problematisch voor onze definities als de kip was voor die van Plato. In zekere zin is hij zowel ionotroop als metabotroop: hij geeft een stroom door en die stroom activeert toevallig direct een moleculaire cascade. Dit levert een probleem op, omdat we onze moleculen graag willen kunnen opsplitsen in onsamenhangende sets.
Ik stelde deze vraag (is de NMDA-receptor metabotroop of ionotroop?)op een neurowetenschapsconferentie en er brak bijna een gevecht uit in het bubbelbad.Iedereen was het er over eens dat het een domme vraag was, maar er was onenigheid over het juiste antwoord. Voor biofysici en ionkanaal specialisten was NMDA duidelijk ionotroop, terwijl cellulaire en systeem neurowetenschappers het even duidelijk vonden dat NMDA metabotroop was.
Dus wat moet een meisje doen bij deze verwarring? Ik troost me met een citaat van Ludwig Wittgenstein, een andere filosoof, deze keer uit de 20e eeuw. In een citaat dat helaas weinig recht doet aan zijn fantastische taalfilosofie, zei hij “De grenzen van mijn taal zijn de grenzen van mijn wereld”. Dat wil zeggen, de wereld zelf bestaat gewoon, namen, jargon en symbolen worden verdoemd. We plaatsen er kunstmatige grenzen op met onze woorden, net zoals natie-staten kunstmatige grenzen op de aarde plaatsen, en dan doen we alsof onze categorieën en labels “natuurlijk” zijn, terwijl ze dat in werkelijkheid allesbehalve zijn. Ze weerspiegelen de wereld waarin we denken te leven, de wereld waarin we willen leven, en we moeten ervoor zorgen dat we daar eerlijk over zijn.
† Een terzijde van deze terzijde van de terminologie: de conventie om receptoren te noemen naar het chemische middel dat toevallig het meest selectieve bindmiddel was op het moment van ontdekking is volslagen krankzinnig. Er is geen NMDA (noch is er AMPA!) in het lichaam, dus het noemen van het eiwit in kwestie een “NMDA receptor” druist volledig in tegen het begrip zelf van receptoren! Een niveau dieper: het begrip receptoren lijkt mij de hele zaak precies omgekeerd te hebben. De term stamt uit een tijd toen de biochemie ernstig beperkt was in haar technieken, en de complexiteit van proteïnen en de kracht van modellen uit de anorganische chemie aanzienlijk onderschatte.Het verwijst naar assays waarbij chemicaliën worden gewassen en hun bindingsaffiniteiten heel slim worden berekend.Hun rol in de cel heeft weinig te maken met binding op zich.In plaats van passieve receptoren te zijn, zijn deze moleculen detectoren.Zij zetten signalen in de omgeving van de cel om in fysische en chemische veranderingen in de cel. Merk op dat dit de noodzaak wegneemt om raar te doen en dingen te zeggen als “fotoreceptor” of “mechanoreceptor”.