Signaalinsiirto: Määritelmä, toiminto, esimerkkejä

Yksisoluiset organismit, kuten melkein kaikki prokaryootit (bakteerit ja archaea), ovat luonteeltaan runsaita. Eukaryoottinen organismit voivat kuitenkin sisältää miljardeja soluja.

Koska organismille olisi vähän hyvää, jos niin monet pienet olennot tekisivät työtä eristyksissä yhdestä toisella soluilla on oltava keino kommunikoida keskenään - toisin sanoen sekä lähettää että vastaanottaa signaaleja. Radioista, televisiosta ja Internetistä puuttuu solut signaalinsiirto, käyttäen vanhanaikaisia ​​kemikaaleja.

Aivan kuten sivun kirjainten tai sanojen piirtämisestä ei ole hyötyä, elleivät nämä merkit ja entiteetit muodosta sanoja, lauseita ja johdonmukaista, yksiselitteistä viestiä, kemiallisista signaaleista ei ole hyötyä, elleivät ne sisällä erityisiä ohjeet.

Tästä syystä solut on varustettu kaikentyyppisillä älykkäillä mekanismeilla sukupolven ja transduktio (eli siirto fyysisen välineen kautta) biokemiallisia viestejä. Solusignaloinnin lopullinen tavoite on vaikuttaa geenituotteiden tai solujen ribosomeihin tehtyjen proteiinien luomiseen tai muokkaamiseen DNA: n RNA: n kautta koodaaman tiedon mukaisesti.

Jos olisit yksi taksiyrityksen kymmenistä kuljettajista, tarvitset taitoja ajaa autoa ja liikkua kaupunkisi kaduilla asiantuntevasti ja taitavasti tavata matkustajat ajoissa oikeassa paikassa ja saada heidät määränpäähänsä, kun he haluavat olla siellä. Tämä ei kuitenkaan yksin riitä, jos yritys toivoisi toimivan mahdollisimman tehokkaasti.

Eri ohjaamoissa olevien kuljettajien tulisi olla yhteydessä toisiinsa ja keskusjohdon kanssa selvittääkseen mitä matkustajat pitäisi noutaa, kun tietyt autot olivat täynnä tai muuten poissa loitsusta, jumissa liikenteessä ja niin edelleen.

Ilman kykyä kommunikoida kenenkään muun kuin potentiaalisten matkustajien kanssa puhelimitse tai online-sovelluksella, liike olisi kaoottista.

Samassa hengessä biologiset solut eivät voi toimia täysin riippumattomina ympäröivistä soluista. Usein paikallisten solu- tai kokokudosryhmien on koordinoitava toimintaa, kuten a lihasten supistuminen tai paraneminen haavan jälkeen. Siksi solujen on oltava yhteydessä toisiinsa pitääkseen toimintansa yhdenmukaisina koko organismin tarpeiden kanssa. Ilman tätä kykyä solut eivät pysty hallitsemaan kasvua, liikettä ja muita toimintoja kunnolla.

Tämän alueen puutteet voivat johtaa vakaviin seurauksiin, mukaan lukien sairaudet, kuten syöpä oleellisesti tarkastamaton solureplikaatio tietyssä kudoksessa johtuen solujen kyvyttömyydestä moduloida solujaan oma kasvu. Solujen signalointi ja signaalien välittäminen on siksi elintärkeää koko organismin sekä sairastuneiden solujen terveydelle.

Solun signalointi voidaan jakaa kolmeen perusvaiheeseen:

1. Vastaanotto: Solun pinnalla olevat erikoistuneet rakenteet havaitsevat signalointimolekyylin tai ligandi.
2. Transduktio: Ligandin sitoutuminen reseptoriin aloittaa signaalin tai kaskadisignaalisarjan solun sisäpuolella.
3. Vastaus: Ligandin ja sen vaikuttamien proteiinien ja muiden elementtien ilmoittama viesti tulkitaan ja laitetaan prosessiin, esimerkiksi kautta geenien ilmentyminen tai asetuksella.

Kuten organismit itse, solusignaalin siirtoreitti voi olla erittäin yksinkertainen tai suhteellisen monimutkainen jotkut skenaariot sisältävät vain yhden tulon tai signaalin, tai toiset edellyttävät koko sarjaa peräkkäisiä, koordinoituja vaiheita.

Esimerkiksi bakteerilla ei ole valmiuksia pohtia turvallisuusuhkien luonnetta ympäristössä, mutta se voi havaita glukoosin, aineen, jota kaikki prokaryoottisolut käyttävät ruokaa.

Monimutkaisemmat organismit lähettävät signaaleja käyttäen kasvutekijät, hormonit, välittäjäaineet ja matriisin komponentit solujen välillä. Nämä aineet voivat vaikuttaa läheisiin soluihin tai etäisyydelle kulkemalla veren ja muiden kanavien kautta. Välittäjäaineet kuten dopamiini ja serotoniini kulkea pienet tilat vierekkäisten hermosolujen (neuronien) tai niiden välillä neuronit ja lihassolut tai kohdurauhaset.

Hormonit toimivat usein erityisen pitkiä matkoja, ja aivoissa erittyvät hormonimolekyylit vaikuttavat gonadeihin, lisämunuaisiin ja muihin "kaukaisiin" kudoksiin.

Aivan kuten entsyymit, solujen biokemiallisen reaktion katalyytit, ovat spesifisiä tietyille substraattimolekyyleille, solujen pinnalla olevat reseptorit ovat spesifisiä tietylle signaalimolekyylille. Spesifisyystaso voi vaihdella, ja jotkut molekyylit voivat heikosti aktivoida reseptoreita, joita muut molekyylit voivat aktivoida voimakkaasti.

Esimerkiksi opioidikipulääkkeet aktivoivat tiettyjä reseptoreita kehossa, joita luonnolliset aineet kutsuivat endorfiinit laukaisevat myös, mutta näillä lääkkeillä on yleensä paljon vahvempi vaikutus farmakologisen vaikutuksensa vuoksi räätälöinti.

Reseptorit ovat proteiineja, ja vastaanotto tapahtuu pinnalla. Ajattele reseptoreita solukkoina. Se on kuin ovikello. Ovikellot ovat talosi ulkopuolella, ja sen aktivointi saa ihmiset talossasi vastaamaan oveen. Mutta jotta ovikello toimisi, jonkun on käytettävä sormeaan soittamaan kelloa.

Ligandi on analoginen sormen kanssa. Kun se sitoutuu reseptoriin, joka on kuin ovikello, se aloittaa sisäisen prosessin toiminta / signaalinsiirto aivan kuten ovikello saa talon sisällä olevat liikkumaan ja vastaamaan ovi.

Vaikka ligandin sitoutuminen (ja ovikelloa painava sormi) on välttämätöntä prosessille, se on vasta alkua. Solureseptoriin sitoutuva ligandi on vasta prosessin alku, jonka signaalia on modifioitava sisään vahvuus, suunta ja lopullinen vaikutus auttaakseen solua ja organismia, jossa se on asuu.

Solukalvoreseptorit sisältävät kolme päätyyppiä:

1. G-proteiiniin kytketyt reseptorit
2. Entsyymiin liittyvät reseptorit
3. Ionikanavan reseptorit

Kaikissa tapauksissa reseptorin aktivaatio käynnistää kemiallisen kaskadin, joka lähettää signaalin sen ulkopuolelta solusta tai solun sisällä olevasta kalvosta ytimeen, joka on solun tosiasiallinen "aivot" ja sen geneettinen materiaali (DNA tai deoksiribonukleiinihappo).

Signaalit kulkevat ytimeen, koska niiden tavoitteena on jollain tavalla vaikuttaa geenien ilmentymiseen - geenien sisältämien koodien kääntäminen proteiinituotteeksi, jonka geenit koodi.

Ennen kuin signaali pääsee mihinkään ytimen lähelle, se tulkitaan ja muunnetaan lähdekohdan lähellä reseptorissa. Tämä muunnos voi sisältää monistamisen kautta toinen lähettilästai se voi tarkoittaa signaalin voimakkuuden vähäistä heikkenemistä, jos tilanne sitä vaatii.

G-proteiinit ovat polypedtides ainutlaatuisilla aminohapposekvensseillä. Solun signaalitransduktioreitillä, johon he osallistuvat, ne linkittävät yleensä itse reseptorin entsyymiin, joka suorittaa reseptoriin liittyvät ohjeet.

Nämä käyttävät tässä tapauksessa toista lähetintä syklinen adenosiinimonofosfaatti (syklinen AMP tai cAMP) signaalin vahvistamiseksi ja ohjaamiseksi. Muita yleisiä viestejä ovat typpioksidi (NO) ja kalsiumioni (Ca2 +).

Esimerkiksi molekyylin reseptori epinefriini, jonka tunnistat helpommin stimulanttityyppisenä molekyylinä adrenaliini, aiheuttaa fyysisiä muutoksia a G-proteiini ligandireseptorikompleksin vieressä solukalvossa, kun adrenaliini aktivoi reseptori.

Tämä puolestaan ​​saa G-proteiinin laukaisemaan entsyymin adenylyylisyklaasi, mikä johtaa cAMP-tuotantoon. Sitten cAMP "määrää" lisääntyneen entsyymin, joka hajottaa glykogeenin, solun hiilihydraatin varastomuodon, glukoosiksi.

Toiset lähettiläät lähettävät usein erillisiä, mutta johdonmukaisia ​​signaaleja solun DNA: n eri geeneille. Kun cAMP vaatii glykogeenin hajoamista, se samanaikaisesti merkitsee palautumista glykogeenin tuotannossa toisen entsyymin välityksellä, mikä vähentää turhien syklien mahdollisuus (vastakkaisten prosessien samanaikainen eteneminen, kuten veden juokseminen altaan toiseen päähän yrittäessään tyhjentää toista loppuun).

Kinaasit ovat entsyymejä, jotka ottavat fosforylaatti molekyylejä. He toteuttavat tämän siirtämällä fosfaattiryhmän ATP: stä (adenosiinitrifosfaatti, molekyyli, joka vastaa AMP: tä, ja kaksi fosfaattia on jo liitetty yhteen AMP: hen) toiseen molekyyliin. Fosforylasit ovat samanlaisia, mutta nämä entsyymit poimivat vapaita fosfaatteja sen sijaan, että tarttuisivat niihin ATP: stä.

Solusignaalifysiologiassa RTK: t, toisin kuin G-proteiinit, ovat reseptoreita, joilla on myös entsymaattisia ominaisuuksia. Lyhyesti sanottuna molekyylin reseptoripää on kohti kalvon ulkopintaa, kun taas aminohappotyrosiinista valmistettu hännänpää kykenee fosforyloimaan molekyylit solun sisällä.

Tämä johtaa sellaisten reaktioiden kaskadiin, jotka ohjaavat solun tumassa olevan DNA: n säätelemään proteiinituotteen tai -tuotteiden tuotantoa ylöspäin (lisäämään) tai vähentämään (vähentämään) tuotantoa. Ehkä parhaiten tutkittu tällainen reaktioketju on mitogeeniaktivoidun proteiinin (MAP) kinaasikaskadi.

PTK: n mutaatioiden uskotaan olevan vastuussa tiettyjen syöpämuotojen synnystä. On myös huomattava, että fosforylaatio voi inaktivoida sekä aktivoida kohdemolekyylit, erityisestä kontekstista riippuen.

Nämä kanavat koostuvat "vesipitoisesta huokosesta" solukalvo ja ne on valmistettu kalvoon upotetuista proteiineista. Yhteisen hermovälittäjäaineen reseptori asetyylikoliini on esimerkki sellaisesta reseptorista.

Sen sijaan, että asetyylikoliini sitoutuisi reseptoriinsa sellaisenaan kaskadisignaalin solussa, se saa kompleksin huokoset laajenemaan, jolloin ioneja (varatut hiukkaset) virtaamaan soluun ja suorittamaan vaikutuksensa proteiinisynteesiin alavirtaan.

On elintärkeää tunnustaa, että solureseptorisignaalinsiirron osana tapahtuvat toimet eivät tyypillisesti ole "päälle / pois" -ilmiöitä. Tuo on fosforylaatio tai molekyylin defosforylaatio ei määritä mahdollisten vasteiden aluetta joko itse molekyylissä tai sen alavirran signaalin suhteen.

Jotkut molekyylit voivat esimerkiksi fosforyloitua useammassa kuin yhdessä paikassa. Tämä tarjoaa molekyylin toiminnan tiukemman moduloinnin samalla tavoin kuin pölynimuri tai tehosekoitin, jolla on useita asetuksia, voi mahdollistaa kohdennetumman puhdistuksen tai smoothien valmistamisen kuin binaarinen "päälle / pois" vaihtaa.

Lisäksi jokaisella solulla on useita kutakin tyyppiä olevia reseptoreita, joista kunkin vasteen on oltava integroitu ytimeen tai ennen sitä vasteen kokonaismäärän määrittämiseksi. Yleensä reseptorin aktivaatio on verrannollinen vasteeseen, mikä tarkoittaa, että mitä enemmän ligandi sitoutuu reseptoriin, sitä selvemmät muutokset solussa todennäköisesti ovat.

Siksi, kun otat suuren annoksen lääkettä, sillä on yleensä vahvempi vaikutus kuin pienemmällä annoksella. Aktivoituu enemmän reseptoreita, tuloksena on enemmän cAMP- tai fosforyloituneita solunsisäisiä proteiineja ja enemmän mitä ytimessä tarvitaan, tapahtuu (ja usein tapahtuu nopeammin kuin suuremminkin laajuus).

Proteiinit valmistetaan sen jälkeen, kun DNA valmistaa koodatun kopion jo koodatusta informaatiosta lähettäjän RNA: n muodossa, joka liikkuu ytimen ulkopuolella ribosomeihin, missä proteiinit valmistetaan tosiasiallisesti aminohapoista toimitettujen ohjeiden mukaisesti mennessä mRNA.

MRNA: n valmistusprosessia DNA-templaatista kutsutaan transkriptio. Proteiinit kutsutaan transkriptiotekijät voidaan säätää ylös- tai alaspäin erilaisten itsenäisten tai samanaikaisten siirtosignaalien tulon seurauksena. Tämän seurauksena syntetisoidaan eri määrä proteiinia, jota geenisekvenssi (DNA: n pituus) koodaa.