Hücrelerde dışarıdan gelen uyarıların hücre içinde biyolojik bir etki oluşturabilmesi için bu uyarı sinyallerinin hücre içi ortama taşınması gerekir. Bu taşıma işlemi ise reseptörler aracılığıyla gerçekleşir. Bir grup hormon ya da nörotransmitter (D-vitamini, steroid hormonlar, tiroksin gibi) hücre membranından geçerek sitozol veya nukleusta ilgili reseptörlerine bağlanırlar. Reseptör-agonist kompleksi oluşturarak, DNA'daki spesifik bölgelere bağlanır ve neticede spesifik genlerin ekspresyonunu başlatırlar. Bunlar da istenen proteinleri sentezleyerek bir biyolojik etkinin ortaya çıkması gerçekleşir.

İkinci grup reseptörler ise hücre membranında yerleşmişlerdir. FSH, LH hormonları, insülin ve epinefrin bunlara örnektir. Dışarıdan gelen ligand, reseptörün hücre dışında kalan bölümüne bağlanır. Bu tip reseptörler gen ekspresyonunu direkt başlatmazlar. Sekonder mesajcı molekülleri uyarırlar, bunlarda sinyali hücre içine taşırlar.

Sperm yüzeyinde bulunan reseptörler 3 tiptir: 1) Voltaj bağımlı kalsiyum kanalları; 2) G-proteini kullanan reseptörler; ve 3) cAMP bağımlı kalsiyum kanalları.

Voltaj bağımlı kalsiyum kanalları (VOCC); hücreye bir uyarı geldiğinde nonspesifik iyon kanallarının açılmasıyla aktive olur. Hücre membranında meydana gelen depolarizasyon sonucu kalsiyum kanalları açılarak kalsiyumun sperm içine girmesi sağlanılır. Bu tip reseptörlere lgand-kaplı iyon kanalları adı verilir. Yani reseptör ile iyon kanalı tek bir multimoleküler yapı oluştururlar. Örneğin bir nörotransmitter bu reseptörlere bağlanırsa, spesifik anyon ve katyonlara seçici geçirgen olan iyon kanalları saniyenin binde biri gibi kısa bir süre içerisinde açılırlar. Konsantrasyon farkı nedeniyle bu iyonlar hücre içi veya dışına kaçarlar. Membran potansiyeli değişir ve bu da kalsiyum kanallarının açılarak, kalsiyumun hücre içine girmesini sağlar.

G-proteinine bağlı reseptörlerde ise; reseptör G-proteini adı verilen özelleşmiş trimerik proteinler aracılığıyla uyarıyı hücre içine iletirler. G-proteinleri membranı yedi kez kateden protein zincirlerinden oluşur. Ligand reseptöre bağlanınca, G-proteinleri de GDP (guanosin difosfat)'ye bağlanır. GDP GTP'ye değişerek reseptör-protein kompleksi aktive olur. G-proteininin alfa-alt birimi bağlı olduğu GTP ile birlikte adenilat siklaz enzimine doğru hareket eder. Adenilat siklaz enzimi ise aktifleşerek, ATP'den cAMP oluşur. G-proteini-GTP kompleksinin etki süresi kısadır, çünkü G-proteini yapısal olarak GTPaz aktivitesine de sahip olduğundan GTP hızla GDP'ye hidrolize olarak reseptör tekrar inaktif formuna döner. cAMP protein kinaz A'yı (PKA) regülatör ve katalitik alt birimlerine ayırır. Katalitik alt birimler ATP'den fosfatı ayırarak protein substratlarındaki serin ve treoninlere transfer eder. Fosforillenmiş proteinler ise hem hücrenin iyon kanallarına etki ederek kalsiyumun içeri girmesini sağlarlar hem de DNA üzerindeki promoter bölgelerine bağlanarak spesifik genlerin ekspresyonuna neden olurlar. Spermde böyle fosforillenmiş proteinler akrozom reaksiyonu ve motilitede görev alırlar. Spermde cAMP ile uayrılarak hücre içine kalsiyumun girişini sağlayan ayrı bir iyon kanalı bulunduğu önerilmektedir. Bunlara cAMP-gated kalsiyum kanalları adı verilir.

Fosforillenmiş proteinlerin bir kısmı tirozin-spesifik protein kinazı (Tirozin kinaz-TK) aktive ederler. Buda hedef proteinlerin yapısında bulunan tirozine, ATP'den ayırdıkları bir fosfatın bağlanmasını sağlar. Fosforillenen protein aktifleşerek fosfolipaz C'yi uyarır ve buda aşağıda açıklandığı şekilde PIP2 üzerinden etki gösterir.

Adenilat siklaz enzimi dışında G-proteinleri ayrıca fosfolipaz-C enzimini de aktive edebilirler. Bu enzim ise membrana bağlı fosfoinozitol bifosfatı (PIP2) parçalayarak, inozitol trifosfat IP3) ve diaçilgliserol (DAG)'ü meydana getirir. Bu moleküller ikinci mesajcı moleküller olarak sinerjik etkiya sahiptirler. IP3 endoplazmik retikulum veya akrozom üzerindeki reseptörlere bağlanarak hücre içi depolardan kalsiyumun açığa çıkmasına neden olurlar. Çıkan kalsiyum kalmoduline bağlanarak taşınır.

DAG ise yine membrana bağlı bulunan proteni kinaz C'yi (PKC) uyarır. PKC'nin aktif olarak görev yapabilmesi için kalsiyuma ihtiyaç vardır. İşte IP3'ün açığa çıkardığı kalsiyum bu rolü yerine getirir. PKC de proteinlerin treonin-serin aminoasitlerini fosforiller. Fosforillene proteinler ise ilgili fonksiyonları yerine getirir. Spermde VOCC'larını aktive ederek, hücre dışından içeriye kalsiyum girişini uyarır. Aynı zamanda akrozom reaksiyonunun başlamasını sağlar. Kalsiyum girişi ise sperm motilitesini oluşturur.

Spermin akrozom reaksiyonu göstermesi ve hiperaktif motilitesini başlatabilmesi için öncelikle hedef proteinlerin fosforillenmesi gerekir. Bunun içinse hücre içerisinde kalsiyumun artması sağlanmalıdır. Hücre içinde kalsiyum kaynakları 3 yolla sağlanılır: 1) VOCC; 2) cAMP-gated kalsiyum kanalları; ve 3) Hücre içi depolarda kalsiyumun açığa çıkması. İşte yukarıda tanımlanan 3 tip reseptör bu görevi yerine getirir. Bu reseptörlerin uyarılması ise ZP3 ve progesteron ile uyarılma sonucu aktive olurlar. ZP3 ve progesteronun reseptörleri uyarabilmesi için öncelikle membrandaki kolesterolün ortamda bulunan albumine bağlanarak membrandan uzaklaştırılması gerekir. Ancak bundan sonra ilgili enzimler aktive olarak kapasitasyonu başlatabilirler.

Konu ile ilgili diğer şekiller için