ตัวรับบนพื้นผิวเซลล์ ( ตัวรับเม มเบรน , ตัวรับทรานส์เมมเบรน ) เป็นตัวรับที่ฝังอยู่ในเยื่อหุ้มพลาสมาของเซลล์^{[ 1 ]}พวกมันทำหน้าที่ในการส่งสัญญาณของเซลล์โดยการรับ (จับกับ) โมเลกุลภายนอก เซลล์ พวกมันเป็นโปรตีนเมมเบรนแบบบูรณาการ เฉพาะ ที่ช่วยให้เกิดการสื่อสารระหว่างเซลล์และพื้นที่ภายนอกเซลล์ โมเลกุลภายนอกเซลล์อาจเป็นฮอร์โมนสารสื่อประสาทไซโตไคน์ปัจจัยการเจริญเติบโตโมเลกุล การยึดเกาะ ของเซลล์หรือสารอาหารพวกมันทำปฏิกิริยากับตัวรับเพื่อกระตุ้นให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในการเผาผลาญและกิจกรรมของเซลล์ ในกระบวนการส่งสัญญาณ การจับของลิแกนด์จะส่งผลต่อการเปลี่ยนแปลงทางเคมีแบบต่อเนื่องผ่านเยื่อหุ้มเซลล์

ตัวรับเมมเบรนจำนวนมากเป็นโปรตีนทรานส์เมมเบรนมีหลายชนิด รวมถึงไกลโคโปรตีนและไลโปโปรตีน [ ^{2 ] มี}ตัวรับที่แตกต่างกันหลายร้อยชนิดที่เป็นที่รู้จัก และยังมีอีกมากที่ยังต้องศึกษา^{[ 3 ] [ 4 ]}โดยทั่วไปแล้ว ตัวรับทรานส์เมมเบรนจะถูกจัดประเภทตาม โครงสร้าง ตติยภูมิ (สามมิติ) หากไม่ทราบโครงสร้างสามมิติ ก็สามารถจัดประเภทตามโทโพโลยีของเมมเบรนได้ ในตัวรับที่ง่ายที่สุดสายโซ่โพลีเปปไทด์จะข้ามชั้นไขมันเพียงครั้งเดียว ในขณะที่ตัวรับอื่นๆ เช่นตัวรับที่เชื่อมต่อกับโปรตีน Gจะข้ามมากถึงเจ็ดครั้งเมมเบรนของเซลล์ แต่ละเซลล์ สามารถมีตัวรับเมมเบรนได้หลายชนิด โดยมีการกระจายตัวบนพื้นผิวที่แตกต่างกัน ตัวรับตัวเดียวอาจมีการกระจายตัวที่แตกต่างกันในตำแหน่งเมมเบรนต่างๆ ขึ้นอยู่กับชนิดของเมมเบรนและหน้าที่ของเซลล์ ตัวรับมักจะรวมกลุ่มกันบนพื้นผิวเมมเบรนมากกว่าที่จะกระจายตัวอย่างสม่ำเสมอ^{[ 5 ] [ 6 ]}

มีการเสนอแบบจำลองสองแบบเพื่ออธิบายกลไกการทำงานของตัวรับแบบส่งผ่านเยื่อหุ้มเซลล์

• การเกิดไดเมอร์ : แบบจำลองการเกิดไดเมอร์ชี้ให้เห็นว่า ก่อนที่ลิแกนด์จะเข้าจับกับตัวรับ ตัวรับจะอยู่ใน รูป โมโนเมอร์ เมื่ออะโกนิสต์เข้าจับ โมโนเมอร์จะรวมตัวกันเพื่อสร้างไดเมอร์ที่ ทำงานได้
• การหมุน : การจับ ลิแกนด์กับส่วนนอกเซลล์ของตัวรับจะทำให้เกิดการหมุน (การเปลี่ยนแปลงโครงสร้าง) ของส่วนหนึ่งของเกลียวทรานส์เมมเบรนของตัวรับ การหมุนจะเปลี่ยนส่วนต่างๆ ของตัวรับที่สัมผัสกับด้านภายในเซลล์ของเยื่อหุ้มเซลล์ ซึ่งจะเปลี่ยนแปลงวิธีการที่ตัวรับสามารถโต้ตอบกับโปรตีนอื่นๆ ภายในเซลล์ได้^{[ 7 ]}

โดยทั่วไปแล้ว ตัวรับแบบทรานส์เมมเบรนในเยื่อหุ้มเซลล์สามารถแบ่งออกได้เป็นสามส่วน

โดเมนภายนอกเซลล์อยู่ด้านนอกของเซลล์หรือออร์แกเนลล์หากสายโซ่โพลีเปปไทด์ข้ามชั้นไขมันหลายครั้ง โดเมนภายนอกจะประกอบด้วยห่วงที่พันกันผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ ตามคำจำกัดความ หน้าที่หลักของตัวรับคือการจดจำและตอบสนองต่อลิแกนด์ชนิดหนึ่ง ตัวอย่างเช่นสารสื่อประสาทฮอร์โมนหรือไอออนอะตอม อาจจับกับโดเมนภายนอกเซลล์ในฐานะลิแกนด์ที่เชื่อมต่อกับตัวรับ คลอโทเป็นเอนไซม์ที่ทำให้ตัวรับจดจำลิแกนด์ ( FGF23 )

ตัวรับทรานส์เม มเบรนสองประเภทที่พบมากที่สุดคือGPCRและโปรตีนทรานส์เมมเบรนแบบผ่านครั้งเดียว^{[ 8 ] [ 9 ]}ในตัวรับบางชนิด เช่นตัวรับอะเซทิลโคลีนนิโคตินิกโดเมนทรานส์เมมเบรนจะสร้างรูพรุนโปรตีนผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ หรือรอบช่องไอออนเมื่อโดเมนภายนอกเซลล์ถูกกระตุ้นโดยการจับกับลิแกนด์ที่เหมาะสม รูพรุนจะสามารถเข้าถึงได้โดยไอออน ซึ่งจะแพร่กระจายออกไป ในตัวรับอื่นๆ โดเมนทรานส์เมมเบรนจะมีการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างเมื่อมีการจับ ซึ่งส่งผลต่อสภาวะภายในเซลล์ ในตัวรับบางชนิด เช่น สมาชิกของซูเปอร์แฟมิลี 7TMโดเมนทรานส์เมมเบรนจะมีช่องสำหรับจับลิแกนด์

โดเมน ภายในเซลล์ (หรือไซโตพลาสซึม ) ของตัวรับจะทำปฏิกิริยากับส่วนภายในของเซลล์หรือออร์แกเนลล์ โดยส่งต่อสัญญาณ มีสองเส้นทางพื้นฐานสำหรับปฏิกิริยานี้:

• โดเมนภายในเซลล์สื่อสารผ่านปฏิกิริยาระหว่างโปรตีนกับ โปรตีน โดย โปรตีนตัวรับจะส่งสัญญาณต่อไปยังปลายทาง
• ในกรณีของตัวรับที่เชื่อมโยงกับเอนไซม์โดเมนภายในเซลล์จะมีฤทธิ์ทางเอนไซม์โดยส่วนใหญ่จะเป็น ฤทธิ์ของ ไทโรซีนไคเนสฤทธิ์ทางเอนไซม์นี้ยังอาจเกิดจากเอนไซม์ที่เกี่ยวข้องกับโดเมนภายในเซลล์ได้อีกด้วย

กระบวนการ ส่งสัญญาณผ่านตัวรับเมมเบรนเกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาภายนอก ซึ่งลิแกนด์จะจับกับตัวรับเมมเบรน และปฏิกิริยาภายใน ซึ่งการตอบสนองภายในเซลล์จะถูกกระตุ้น^{[ 10 ] [ 11 ]}

การส่งสัญญาณผ่านตัวรับบนเยื่อหุ้มเซลล์ต้องอาศัยองค์ประกอบสี่ส่วน:

• โมเลกุลส่งสัญญาณนอกเซลล์: โมเลกุลส่งสัญญาณนอกเซลล์ถูกสร้างขึ้นโดยเซลล์หนึ่งเซลล์และอย่างน้อยก็สามารถเดินทางไปยังเซลล์ข้างเคียงได้
• โปรตีนตัวรับ: เซลล์ต้องมีโปรตีนตัวรับบนพื้นผิวเซลล์ ซึ่งจะจับกับโมเลกุลส่งสัญญาณและสื่อสารเข้าไปภายในเซลล์
• โปรตีนส่งสัญญาณภายในเซลล์: โปรตีนเหล่านี้ทำหน้าที่ส่งสัญญาณไปยังออร์แกเนลล์ต่างๆ ภายในเซลล์ การจับกันระหว่างโมเลกุลสัญญาณกับโปรตีนตัวรับจะกระตุ้นโปรตีนส่งสัญญาณภายในเซลล์ ซึ่งจะเริ่มต้นกระบวนการส่งสัญญาณแบบต่อเนื่อง
• โปรตีนเป้าหมาย: โครงสร้างหรือคุณสมบัติอื่นๆ ของโปรตีนเป้าหมายจะเปลี่ยนแปลงไปเมื่อเส้นทางการส่งสัญญาณทำงานและเปลี่ยนแปลงพฤติกรรมของเซลล์^{[ 11 ]}

ตัวรับบนเยื่อหุ้มเซลล์แบ่งออกได้เป็น 3 ประเภทหลักตามโครงสร้างและหน้าที่ ได้แก่ตัวรับที่เชื่อมโยงกับช่องไอออนตัวรับที่เชื่อมโยงกับเอนไซม์และตัวรับ ที่เชื่อมโยงกับโปรตีนจี

• ตัวรับที่เชื่อมโยงกับช่องไอออนมีช่องไอออนสำหรับแอนไอออนและแคตไอออน และประกอบเป็นโปรตีนทรานส์เมมเบรนแบบหลายรอบขนาดใหญ่ พวกมันมีส่วนร่วมในกระบวนการส่งสัญญาณอย่างรวดเร็วซึ่งมักพบในเซลล์ที่มีการทำงานทางไฟฟ้า เช่นเซลล์ประสาทพวกมันยังถูกเรียกว่าช่องไอออนที่ควบคุมโดยลิแกนด์การเปิดและปิดของช่องไอออนถูกควบคุมโดยสารสื่อประสาท
• ตัวรับที่เชื่อมโยงกับเอนไซม์นั้นอาจเป็นเอนไซม์เอง หรือทำหน้าที่กระตุ้นเอนไซม์ที่เกี่ยวข้องโดยตรง โดยทั่วไปแล้วจะเป็นตัวรับแบบผ่านเยื่อหุ้มเซลล์เพียงครั้งเดียว โดยส่วนประกอบที่เป็นเอนไซม์ของตัวรับจะอยู่ภายในเซลล์ ตัวรับที่เชื่อมโยงกับเอนไซม์ส่วนใหญ่เป็นหรือเกี่ยวข้องกับโปรตีนไคเนส
• ตัวรับที่เชื่อมต่อ กับโปรตีนจี (G protein-coupled receptors)เป็นโปรตีนเยื่อหุ้มเซลล์ที่มีเกลียวทรานส์เมมเบรนเจ็ดเกลียว ตัวรับเหล่านี้จะกระตุ้นโปรตีนจีเมื่อ มีการจับกับ สารกระตุ้นและโปรตีนจีจะทำหน้าที่เป็นตัวกลางในการส่งสัญญาณภายในเซลล์

ในระหว่างกระบวนการส่งสัญญาณในเซลล์ประสาท สารสื่อประสาทจะจับกับตัวรับและเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของโปรตีน ซึ่งจะทำให้ช่องไอออนเปิดออก ทำให้ไอออนจากภายนอกเซลล์เข้าสู่เซลล์ได้ การซึมผ่านของไอออนของเยื่อหุ้มพลาสมาจะเปลี่ยนแปลงไป และสิ่งนี้จะเปลี่ยนสัญญาณเคมีจากภายนอกเซลล์ให้เป็นสัญญาณไฟฟ้าภายในเซลล์ ซึ่งจะเปลี่ยนแปลง ความสามารถในการกระตุ้น ของเซลล์^{[ 12 ]}

ตัวรับอะเซทิลโคลีนเป็นตัวรับที่เชื่อมโยงกับช่องไอออนบวก โปรตีนประกอบด้วยหน่วยย่อยสี่หน่วย ได้แก่ หน่วยย่อยอัลฟา (α), เบตา (β), แกมมา (γ) และเดลตา (δ) มีหน่วยย่อย α สองหน่วย โดยแต่ละหน่วยมี ตำแหน่งจับ อะเซทิลโคลีน หนึ่ง ตำแหน่ง ตัวรับนี้สามารถอยู่ในสามรูปแบบได้ รูปแบบที่ปิดและว่างเปล่าคือรูปแบบโปรตีนดั้งเดิม เมื่อโมเลกุลอะเซทิลโคลีนสองโมเลกุลจับกับตำแหน่งจับบนหน่วยย่อย α รูปแบบของตัวรับจะเปลี่ยนไปและประตูจะเปิดออก ทำให้ไอออนและโมเลกุลขนาดเล็กจำนวนมากสามารถเข้าได้ อย่างไรก็ตาม รูปแบบที่เปิดและว่างเปล่านี้จะคงอยู่เพียงช่วงเวลาสั้นๆ จากนั้นประตูจะปิดลง กลายเป็นรูปแบบที่ปิดและว่างเปล่า โมเลกุลอะเซทิลโคลีนสองโมเลกุลจะแยกตัวออกจากตัวรับในไม่ช้า ทำให้กลับสู่รูปแบบที่ปิดและว่างเปล่าดั้งเดิม^{[ 13 ] [ 14 ]}

ณ ปี 2009 มีการค้นพบตัวรับที่เชื่อมโยงกับเอนไซม์ 6 ชนิด ได้แก่ ตัวรับไทโร ซีนไคเนส ตัวรับที่เกี่ยวข้องกับไทโรซีนไคเนส ตัวรับคล้ายไทโรซีนฟอสฟาเทสตัวรับเซริน / ทรีโอนีนไคเนสตัวรับกัวนิลไซเคลสและ ตัวรับที่เกี่ยวข้องกับ ฮิสติดีนไคเนสตัวรับไทโรซีนไคเนสมีจำนวนมากที่สุดและมีการใช้งานอย่างกว้างขวาง โมเลกุลส่วนใหญ่ในกลุ่มนี้เป็นตัวรับสำหรับปัจจัยการเจริญเติบโตเช่นปัจจัยการเจริญเติบโตของผิวหนัง (EGF) ปัจจัยการ เจริญเติบโตที่ได้จากเกล็ดเลือด (PDGF) ปัจจัยการเจริญเติบโตของไฟโบรบลา สต์ (FGF) ปัจจัยการเจริญเติบโตของเซลล์ตับ (HGF) ปัจจัยการเจริญเติบโตของเส้นประสาท (NGF) และฮอร์โมนเช่นอินซูลินตัวรับส่วนใหญ่เหล่านี้จะรวมตัวกันเป็นไดเมอร์หลังจากจับกับลิแกนด์ เพื่อกระตุ้นการส่งสัญญาณต่อไป ตัวอย่างเช่น หลังจากที่ ตัวรับ ปัจจัยการเจริญเติบโตของผิวหนัง (EGF) จับกับลิแกนด์ EGF แล้ว ตัวรับทั้งสองจะรวมตัวกันเป็นไดเมอร์ จากนั้นจะเกิดการฟอสฟอริเลชันของ หมู่ ไทโรซีนในส่วนเอนไซม์ของโมเลกุลตัวรับแต่ละตัว ซึ่งจะกระตุ้นไทโรซีนไคเนสและเร่งปฏิกิริยาภายในเซลล์ต่อไป

ตัวรับที่เชื่อมต่อกับโปรตีน G ประกอบด้วย โปรตีน ตระกูล ใหญ่ของตัวรับแบบทรานส์เมมเบรน พบได้เฉพาะในยูคาริโอตเท่านั้น^{[ 15 ]}ลิแกนด์ที่จับและกระตุ้นตัวรับเหล่านี้ ได้แก่ สารประกอบที่ไวต่อแสง กลิ่นฟีโรโมนฮอร์โมนและสารสื่อประสาทซึ่งมีขนาดแตกต่างกันตั้งแต่โมเลกุลขนาดเล็กไปจนถึงเปปไทด์และโปรตีน ขนาดใหญ่ ตัวรับที่เชื่อมต่อกับโปรตีน G มีส่วนเกี่ยวข้องกับโรคต่างๆ มากมาย ดังนั้นจึงเป็นเป้าหมายของยาแผนปัจจุบันหลายชนิด^{[ 16 ]}

มีเส้นทางการส่งสัญญาณหลักสองเส้นทางที่เกี่ยวข้องกับตัวรับที่เชื่อมต่อกับโปรตีน G ได้แก่ เส้นทางการส่งสัญญาณ cAMPและเส้นทางการส่งสัญญาณฟอสฟาติดิลอิโนซิทอล^{[ 17 ]}ทั้งสองเส้นทางนี้เกิดขึ้นผ่าน การกระตุ้น โปรตีน Gโปรตีน G เป็นโปรตีนไตรเมอร์ที่มีสามหน่วยย่อย ได้แก่ α, β และ γ เมื่อตัวรับถูกกระตุ้น หน่วยย่อย α จะปล่อยกัวโนซีนไดฟอสเฟต (GDP) ที่จับอยู่ ซึ่งจะถูกแทนที่ด้วยกัวโนซีนไตรฟอสเฟต (GTP) ทำให้หน่วยย่อย α ถูกกระตุ้น จากนั้นหน่วยย่อย α จะแยกตัวออกจากหน่วยย่อย β และ γ หน่วยย่อย α ที่ถูกกระตุ้นสามารถส่งผลต่อโปรตีนส่งสัญญาณภายในเซลล์หรือกำหนดเป้าหมายโปรตีนที่ทำหน้าที่โดยตรงได้

หากตัวรับเมมเบรนเสียสภาพหรือบกพร่อง การส่งสัญญาณอาจถูกขัดขวางและทำให้เกิดโรคได้ โรคบางชนิดเกิดจากความผิดปกติของการทำงานของตัวรับเมมเบรน ซึ่งเป็นผลมาจากความบกพร่องหรือการเสื่อมสภาพของตัวรับผ่านการเปลี่ยนแปลงในยีนที่เข้ารหัสและควบคุมโปรตีนตัวรับ ตัวรับเมมเบรนTM4SF5มีอิทธิพลต่อการเคลื่อนที่ของเซลล์ตับและมะเร็งตับ [ ^{18 ] นอกจาก}นี้ ตัวรับ NMDA ในเยื่อหุ้มเซลล์ยังมีอิทธิพลต่อความลื่นไหลของเมมเบรน และมีการเปลี่ยนแปลงในโรคอัลไซเมอร์^{[ 19 ]}เมื่อเซลล์ติดเชื้อไวรัสที่ไม่มีเปลือกหุ้ม ไวรัสจะจับกับตัวรับเมมเบรนที่เฉพาะเจาะจงก่อน จากนั้นจึงส่งผ่านตัวเองหรือส่วนประกอบย่อยของไวรัสไปยังด้านไซโตพลาสมิกของเยื่อหุ้มเซลล์ ในกรณีของไวรัสโปลิโอเป็นที่ทราบกันดีในหลอดทดลองว่า ปฏิกิริยากับตัวรับทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงโครงสร้าง ซึ่งปลดปล่อยโปรตีนไวริออนที่เรียกว่า VP4 ออกมา ปลายด้าน N ของ VP4 ถูกไมริสติเลตและมีคุณสมบัติไม่ชอบน้ำ [ กรดไมริสติก = CH ₃ (CH ₂ ) ₁₂ COOH] มีการเสนอว่าการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างที่เกิดจากการจับกับตัวรับส่งผลให้กรดไมริสติกเกาะติดกับ VP4 และเกิดเป็นช่องสำหรับ RNA

ด้วยวิธีการต่างๆ เช่นการวิเคราะห์โครงสร้างด้วยรังสีเอกซ์และการวิเคราะห์สเปกตรัมด้วยนิวเคลียร์แม็กเนติกเรโซแนนซ์ข้อมูลเกี่ยวกับโครงสร้างสามมิติของโมเลกุลเป้าหมายจึงเพิ่มขึ้นอย่างมาก เช่นเดียวกับข้อมูลโครงสร้างของลิแกนด์ ซึ่งผลักดันให้เกิดการพัฒนาอย่างรวดเร็วของการออกแบบยาโดยอาศัยโครงสร้าง ยาใหม่เหล่านี้บางชนิดมุ่งเป้าไปที่ตัวรับบนเยื่อหุ้มเซลล์ แนวทางการออกแบบยาโดยอาศัยโครงสร้างในปัจจุบันสามารถแบ่งออกได้เป็นสองประเภท ประเภทแรกคือการหาลิแกนด์สำหรับตัวรับที่กำหนด ซึ่งมักทำได้โดยการค้นหาในฐานข้อมูล การจำลองทางชีวฟิสิกส์ และการสร้างคลังสารเคมี ในแต่ละกรณี จะมีการคัดกรองโมเลกุลลิแกนด์ที่มีศักยภาพจำนวนมากเพื่อหาโมเลกุลที่เหมาะสมกับช่องการจับของตัวรับ แนวทางนี้มักเรียกว่าการออกแบบยาโดยอาศัยลิแกนด์ ข้อได้เปรียบที่สำคัญของการค้นหาในฐานข้อมูลคือช่วยประหยัดเวลาและพลังงานในการค้นหาสารประกอบใหม่ที่มีประสิทธิภาพ อีกแนวทางหนึ่งของการออกแบบยาโดยอาศัยโครงสร้างคือการทำแผนที่ลิแกนด์แบบผสมผสาน ซึ่งเรียกว่าการออกแบบยาโดยอาศัยตัวรับ ในกรณีนี้ โมเลกุลลิแกนด์ได้รับการออกแบบภายในข้อจำกัดของช่องการจับโดยการประกอบชิ้นส่วนเล็กๆ ทีละขั้นตอน ชิ้นส่วนเหล่านี้อาจเป็นอะตอมหรือโมเลกุลก็ได้ ข้อได้เปรียบที่สำคัญของวิธีการดังกล่าวคือสามารถค้นพบโครงสร้างใหม่ได้^{[ 20 ] [ 21 ] [ 22 ]}

• ตัวรับอะดรีเนอร์จิก
• ตัวรับกลิ่น
• ตัวรับไทโรซีนไคเนส
• ตัวรับปัจจัยการเจริญเติบโตของผิวหนัง
• ตัวรับอินซูลิน
• ตัวรับปัจจัยการเจริญเติบโตของไฟโบรบลาสต์
• ตัวรับนิวโรโทรฟินที่มีความสัมพันธ์สูง
• ตัวรับเอฟริน
• อินทิกริน
• ตัวรับปัจจัยการเจริญเติบโตของเส้นประสาทที่มีความสัมพันธ์ต่ำ
• ตัวรับ NMDA
• ตัวรับภูมิคุ้มกันหลายชนิด
  • ตัวรับโทลล์ไลค์
  • ตัวรับทีเซลล์
  • ซีดี28
  • โปรตีน SCIMP

• สารปรับแต่งระบบประสาท
• ผู้ส่งสารคนที่สอง
• กลุ่มโมเลกุลกระตุ้นการทำงานของลิมโฟไซต์

• ฐานข้อมูล IUPHAR GPCR ถูกเก็บถาวรเมื่อวันที่ 23 มีนาคม 2019 ที่Wayback Machine
• Cell+Surface+Receptorsที่ US National Library of Medicine Medical Subject Headings (MeSH)