Rezeptor (Biochemie)

Als Rezeptor wird in der Biologie auf zellulärer Ebene eine spezialisierte Zelle bezeichnet, die bestimmte äußere und innere chemische oder physikalische Reize in eine für das Nervensystem verständliche Form bringt, oder auf molekularer Ebene ein Protein oder einen Proteinkomplex, das bzw. der aus der Oberfläche einer Biomembran herausragt und für die Bindung verschiedener Partikel sorgt, welche in die Zelle importiert werden oder im Inneren der Zelle biochemische Signalprozesse auslösen. Der Rezeptor besitzt eine spezifische Bindungstelle für einen physiologischen Agonisten.

Sinneszellen

Sinneszellen als Rezeptoren kann man grob mit einem biologischen Sensor vergleichen. Der Rezeptor ist das erste Glied unserer Sinne. Jeder Rezeptor ist auf einen speziellen Reiz ausgelegt - und zwar nur auf diesen - und wandelt diesen Reiz proportional zu der Reizstärke in ein Rezeptorpotenzial, das ab einer gewissen Reizschwelle als Aktionspotenzial an das Zentralnervensystem weiter geleitet wird. So wandelt die Netzhaut des Auges Lichtimpulse um, reagiert aber auch auf Druck, allerdings so, dass auch hier visuelle Eindrücke an das ZNS vermittelt werden. Der Grund hierfür ist die sog. Reiz-oder Empfindungsspezifität. Der Rezeptor gibt lediglich elektrische Signale in Form von Aktionspotenzialen variabler Frequenz an das ZNS weiter. Dort werden sie gemäß der Gehirnregion, in welcher sie ankommen, interpretiert. Kommt eine Folge von AP also im visuellen Cortex an, wird sie als Seheindruck interpretiert, unabhängig davon, ob sie durch Licht oder durch Druck ausgelöst wurde.

Hinsichtlich des Auftretens von Aktionspotenzialen unterscheidet man nach physiologischer Definition zwei Arten von Sinneszellen:

1. primäre Sinneszellen: Sie sind Neurone, die selbst Aktionspotenziale ausbilden. Dazu gehören z.B. Nozizeptoren als freie Nervenendigungen, die u.a. Hitzereize, starke mechanische Reize oder "Schärfe" über den allgemeinen chemischen Sinn vermitteln. Auch Mechanorezeptoren sind primäre Sinneszellen. Das sind spezialisierte Rezeptorenden von Nervenfasern, die durch mechanische Reize wie Dehnung und Druck erregt werden. Dazu gehören die Berührungsrezeptoren der Haut (vgl. Tastsinn), aber auch die Propriozeptoren von Muskeln, Bändern, Sehnen. Die Riechzellen in der Nasenschleimhaut sind auch primäre Sinneszellen
2. sekundäre Sinneszellen: Sie generieren nicht selbst Aktionspotenziale, sondern haben mit dem ersten afferenten Neuron, das die Aktionspotenziale weiterleitet, eine Synapse. Zu den sekundären Sinneszellen gehören die Geschmacksrezeptoren, die in sog. Geschmacksknospen zusammenliegen. Auch die Haarzellen im Innenohr, Sinneszellen im Gleichgewichtsorgan und Photorezeptoren der Retina sind sekundäre Sinneszellen. Sekundäre Sinneszellen kommen fast nur bei Wirbeltieren vor.

Alle Rezeptoren mit Ausnahme der Photorezeptoren werden bei Erregung depolarisiert. Die Photorezeptoren werden hyperpolarisiert. Rezeptoren sind spezifisch für eine Sinnesempfindung.

Physiologen und Anatomen benutzen jedoch unterschiedliche Begriffsdefinitionen: demnach sind die Photorezeptoren der Retina im physiologischen Sinn sekundäre Sinneszellen, da sie selbst kein Aktionspotential generieren können. Anatomisch gesehen sind sie primäre Sinneszellen, da sie als Bestandteil der Retina zum Gehirn gehören und Sinnesreize wahrnehmen können.

Die hier verwendeten Definitionen sind also Teil der physiologischen Wissenschaft.

Membranrezeptoren

Membranrezeptoren befinden sich an der Oberfläche von Biomembranen und bestehen aus Proteinen, die häufig mit zusätzlichen Modifikationen versehen sind (z.B. Kohlehydratketten). Sie besitzen eine bestimmte Passform für kleine Moleküle, die sog. Liganden, oder Teile größerer Moleküle, die nach dem fit-in-Prinzip (Schlüssel-Schloss-Prinzip) an die Rezeptorstruktur andocken. Sie dienen der Signalübertragung (z.B. von Zelle zu Zelle, siehe auch Signaltransduktion) oder dem Import von Substanzen in die Zelle, können aber auch von Viren genutzt werden, um in eine Wirtszelle einzudringen.

Membranrezeptoren kommen sowohl auf der Plasmamembran, als auch auf den Membranen der Organellen im Zellinneren vor. Erstere sind daran beteiligt, den Kontakt der Zelle zum Außenraum zu gewährleisten, während letztere unabdingbar sind für die Funktionsweise der einzelnen Organellen, ihren Kontakt untereinander sowie zum Cytoplasma.

Nach ihrer grundsätzlichen Wirkungsweise werden Rezeptoren in der Zellmembran in ionotrope und metabotrope Rezeptoren unterteilt.
Ionotrope Rezeptoren sind Ionenkanäle, die sich bei Bindung des Liganden öffnen und dadurch die Leitfähigkeit der Membran ändern.
Metabotrope Rezeptoren haben keine Poren, sondern aktivieren bei Bindung ihres Liganden ein nachgeschaltetes G-Protein und modulieren damit intrazelluläre Signalkaskaden durch Konzentrationsänderungen von sekundären Botenstoffen.

Rezeptoren des Cytoplasmas und des Zellkerns

Ferner existieren ligandenbindende Rezeptoren, die nicht in der Membran, sondern im Cytoplasma oder Zellkern einer Zelle lokalisiert sind. Sie binden zum Beispiel hydrophobe Hormone wie den Cholesterinabkömmling Cortison oder das hydrophile Schilddrüsenhormon Thyroxin, worauf sich assozierte Proteine (Heat shock-Proteine) vom Rezeptor lösen. Dabei entsteht ein aktiver Transkriptionsfaktor, welcher die Expression der Gene im Zellkern steuert.

Siehe auch

Adrenozeptor - Barorezeptor - Osmorezeptor- Thermorezeptor - Effektor - Östrogenrezeptor - Reizfilterung