Jelátvitel: Definíció, Funkció, Példák

Egysejtű szervezetek, mint szinte minden prokarióták (baktériumok és archeák), bőséges természetűek. Eukarióta az élőlények azonban több milliárd sejtet tartalmazhatnak.

Mivel egy szervezetnek kevés haszna lenne, ha ennyi apró entitás külön-külön fáradozik a másik, a sejteknek rendelkezniük kell az egymással való kommunikáció eszközével - vagyis küldéssel és fogadással egyaránt jeleket. A rádió, a televízió és az internet hiányában a sejtek részt vesznek jelátvitel, régimódi vegyszereket használva.

Ahogy a betűk vagy szavak firkálása az oldalon, csak akkor hasznos, ha ezek a karakterek és entitások szavakat alkotnak, mondatok és egy összefüggő, egyértelmű üzenet, a kémiai jelek csak akkor használhatók, ha tartalmaznak specifikusakat utasítás.

Emiatt a sejtek mindenféle okos mechanizmussal fel vannak szerelve a és transzdukció (vagyis fizikai közeg útján történő továbbítás) biokémiai üzenetek. A sejtjelzés végső célja befolyásolni a géntermékek vagy a sejtek riboszómáin előállított fehérjék létrejöttét vagy módosítását a DNS-ben RNS-en keresztül kódolt információknak megfelelően.

A jelátvitel okai

Ha Ön egy taxis társaság több tucat sofőrje volt, akkor szüksége van az autóvezetéshez és a város vagy a város utcáin való navigáláshoz szükséges ismeretekre hozzáértően és ügyesen, hogy időben találkozhasson az utasokkal a megfelelő helyen, és eljuttassa őket rendeltetési helyükre, amikor ott. Ez azonban önmagában nem lenne elegendő, ha a vállalat azt reméli, hogy a lehető legnagyobb hatékonysággal fog működni.

A különféle vezetőfülkék vezetőinek kommunikálniuk kell egymással és egy központi diszpécserrel, hogy meghatározzák, mi azokat az utasokat kell felvenniük, akik akkor vannak forgalomban, amikor bizonyos autók tele vannak, vagy más módon nem érhetők el egy varázslat miatt stb.

Ha a potenciális utasokon kívül senkivel telefonon vagy online alkalmazáson keresztül nem lehet kommunikálni, az üzlet kaotikus lenne.

Ugyanebben a szellemben a biológiai sejtek nem működhetnek a körülöttük lévő sejtek teljes függetlenségében. Gyakran a sejtek vagy az egész szövetek helyi csoportjainak koordinálniuk kell egy tevékenységet, például a izmos összehúzódás vagy seb után gyógyul. Így a sejteknek kommunikálniuk kell egymással, hogy tevékenységeik összhangban legyenek a szervezet egészének szükségleteivel. Ennek a képességnek a hiányában a sejtek nem tudják megfelelően kezelni a növekedést, a mozgást és más funkciókat.

A hiányosságok ezen a területen súlyos következményekkel járhatnak, ideértve az olyan betegségeket is, mint például a rák lényegében nem ellenőrzött sejtreplikáció egy adott szövetben, mivel a sejtek képtelenek modulálni a sejtjeiket saját növekedés. A sejtjelzés és a jelátvitel tehát létfontosságú az egész szervezet, valamint az érintett sejtek egészsége szempontjából.

Mi történik a jelátvitel során

A sejtjelzés három alapvető szakaszra osztható:

  1. Recepció: A sejtfelszín speciális struktúrái detektálják a szignálmolekula jelenlétét, vagy ligandum.
  2. Transzdukció: A ligandum kötése a receptorhoz szignált vagy lépcsőzetes jelek sorozatát indítja el a sejt belsejében.
  3. Válasz: A ligandum, valamint az általa befolyásolt fehérjék és egyéb elemek által jelzett üzenetet értelmezik és folyamatba helyezik, például keresztül génexpresszió vagy rendelet.

Mint maguk az organizmusok, a sejtszignál transzdukciós útvonal is lehet rendkívül egyszerű vagy viszonylag összetett egyes szcenáriók csak egy bemenetet vagy jelet tartalmaznak, vagy mások szekvenciális, összehangolt lépések egész sorozatát vonják maguk után.

Például egy baktérium nem képes a biztonsági fenyegetések természetének megvitatására de érzékeli a glükóz jelenlétét, az anyagot, amelyet az összes prokarióta sejt felhasznál étel.

A bonyolultabb organizmusok segítségével jeleket küldenek növekedési tényezők, hormonok, neurotranszmitterek és a mátrix komponensei a sejtek között. Ezek az anyagok a vér és más csatornákon keresztül haladva hathatnak a közeli sejtekre vagy távolságra. Neurotranszmitterek mint például dopamin és szerotonin bejárja a szomszédos idegsejtek (neuronok) vagy azok közötti kis tereket idegsejtek és izomsejtek vagy célmirigyek.

A hormonok gyakran különösen nagy távolságokon hatnak, az agyban szekretált hormonmolekulák hatással vannak a nemi mirigyekre, a mellékvesékre és más "távoli" szövetekre.

Sejt-receptorok: Átjárók a jelátvitel útjára

Amint enzimekA sejt biokémiai reakciójának katalizátorai specifikusak bizonyos szubsztrátmolekulákra, a sejtek felszínén található receptorok specifikusak egy adott szignálmolekulára. A specifitás szintje változhat, és egyes molekulák gyengén aktiválhatják azokat a receptorokat, amelyeket más molekulák erősen aktiválhatnak.

Például az opioid fájdalomcsillapító gyógyszerek aktiválják a szervezet bizonyos receptorait, amelyeket a természetes anyagok neveznek az endorfinok is kiváltják, de ezeknek a gyógyszereknek általában sokkal erősebb hatása van farmakológiai hatásuk miatt szabászat.

A receptorok fehérjék, és a befogadás a felszínen történik. Gondoljon a receptorokra, mint sejtes csengőre.olyan, mint egy csengő. A csengők a házadon kívül vannak, és annak aktiválása okozza, hogy az emberek a házadban válaszolnak az ajtóra. De ahhoz, hogy a csengő működjön, valakinek az ujjával kell megnyomnia a csengőt.

A ligandum analóg az ujjal. Miután kötődik a receptorhoz, amely olyan, mint az ajtócsengő, elindul a belső folyamat működés / jelátvitel, ahogy az ajtócsengő arra készteti a házban tartózkodókat, hogy mozogjanak és válaszoljanak ajtó.

Míg a ligandkötés (és az ajtócsengőt megnyomó ujj) elengedhetetlen a folyamathoz, ez csak a kezdet. A sejtreceptorhoz kötődő ligandum csak annak a folyamatnak a kezdete, amelynek jelét módosítani kell erő, irány és végső hatás annak érdekében, hogy hasznosak legyenek a sejt és az a szervezet számára, amelyben van lakik.

Fogadás: Jel észlelése

A sejtmembrán receptorok három fő típust tartalmaznak:

  1. G-fehérjéhez kapcsolt receptorok
  2. Enzimhez kapcsolt receptorok
  3. Ioncsatorna receptorok

A receptor aktiválása minden esetben kémiai kaszkádot indít el, amely jelet juttat a külső részről a sejtet, vagy a sejten belüli membránon a sejtmagig, amely a sejt de facto "agya" és a sejt helye annak genetikai anyag (DNS vagy dezoxiribonukleinsav).

A jelek az atommagba jutnak, mivel céljuk valamilyen módon befolyásolni a génexpressziót - a génekben található kódok transzlációját a fehérje termékké, amelyet a gének kódja.

Mielőtt a jel bárhová eljutna a sejtmag közelében, azt a kiindulási hely közelében, a receptornál értelmezik és módosítják. Ez a módosítás magában foglalhatja az amplifikációt második hírvivők, vagy jelentheti a jelerősség enyhe csökkenését, ha a helyzet megköveteli.

G-fehérjéhez kapcsolt receptorok

A G fehérjék polipididák egyedi aminosav-szekvenciákkal. A sejtszignál transzdukciós útvonalban, amelyben részt vesznek, általában magát a receptort összekapcsolják egy enzimmel, amely végrehajtja a receptorra vonatkozó utasításokat.

Ezek ebben az esetben egy második messenger használatát használják ciklikus adenozin-monofoszfát (ciklikus AMP vagy cAMP) a jel erősítésére és irányítására. Más gyakori második hírvivők közé tartozik a nitrogén-oxid (NO) és a kalciumion (Ca2 +).

Például a molekula receptora adrenalin, amelyet könnyebben felismer, mint stimuláns típusú adrenalin molekulát, fizikai változásokat okoz a G-fehérje a ligandum-receptor komplex mellett a sejtmembránban, amikor az epinefrin aktiválja a receptor.

Ez viszont egy G-fehérjét váltja ki az enzimet adenilil-cikláz, ami cAMP termeléshez vezet. A cAMP ezután "elrendeli" egy enzim növekedését, amely a glikogént, a sejt szénhidrát-tárolási formáját glükózzá bontja.

A második hírvivők gyakran különböző, de konzisztens jeleket küldenek a sejt DNS különböző génjeinek. Amikor a cAMP megköveteli a glikogén lebomlását, egyidejűleg jelzi a glikogén termelésének visszalépését egy másik enzim révén, ezáltal csökkentve a hiábavaló ciklusok lehetősége (ellentétes folyamatok egyidejű kibontakozása, például a medence egyik végébe folyó víz, míg a másik lefolyása vége).

Receptor tirozin kinázok (RTK)

Kinázok enzimek, amelyek szednek foszforilát molekulák. Ezt úgy érik el, hogy egy foszfátcsoportot az ATP-ből (adenozin-trifoszfát, egy AMP-vel egyenértékű molekula, amelynek két foszfátja már az egyik AMP-hez kapcsolódik) áthelyezik egy másik molekulába. Foszforilázok hasonlóak, de ezek az enzimek felszabadítják a szabad foszfátokat, nem pedig az ATP-ből.

A sejt-szignál fiziológiában az RTK-k, ellentétben a G-fehérjékkel, olyan receptorok, amelyek enzimatikus tulajdonságokkal is rendelkeznek. Röviden: a molekula receptorvége a membrán külsejére néz, míg a tirozin aminosavból készült farokvég képes foszforilezni a sejtben lévő molekulákat.

Ez olyan reakciók kaszkádjához vezet, amelyek a sejtmagban lévő DNS-t arra irányítják, hogy egy fehérjetermék vagy termékek termelését felfelé szabályozza (növelje) vagy lefelé (csökkentse). Talán a legjobban tanulmányozott ilyen reakciólánc a mitogén-aktivált fehérje (MAP) kináz kaszkád.

A PTK-k mutációi feltehetően felelősek a rák bizonyos formáinak kialakulásáért. Azt is meg kell jegyezni, hogy a foszforilezés inaktiválhatja és aktiválhatja a célmolekulákat, az adott kontextustól függően.

Ligandummal aktivált ioncsatornák

Ezek a csatornák egy "vizes pórusból" állnak sejt membrán és a membránba ágyazott fehérjékből készülnek. A közös neurotranszmitter receptora acetilkolin egy ilyen receptor példája.

Ahelyett, hogy kaszkád jelet generálna a sejtben, az acetilkolin receptorához való kötődése a komplex pórusának kiszélesedését eredményezi, lehetővé téve ionok (töltött részecskék) áramolnak a sejtbe, és a fehérjeszintézis folyamán kifejtik hatásukat.

Válasz: Kémiai jel integrálása

Létfontosságú felismerni, hogy a sejt-receptor szignál transzdukció részeként fellépő cselekvések általában nem "be / ki" jelenségek. Ez a foszforilezés vagy egy molekula defoszforilezése nem határozza meg a lehetséges válaszok körét, sem a molekulánál, sem pedig annak downstream jelénél fogva.

Egyes molekulák például több helyen is foszforilezhetők. Ez biztosítja a molekula hatásának szorosabb modulálását, ugyanolyan általános módon, mint egy porszívó vagy a több beállítású turmixgép célzottabb tisztítást vagy turmixkészítést tesz lehetővé, mint egy bináris "be / ki" kapcsoló.

Ezenkívül minden sejtnek többféle receptora van, amelyek mindegyikének válaszát a magban vagy az előtt kell integrálni a válasz teljes nagyságának meghatározásához. Általában a receptor aktiválása arányos a válasszal, ami azt jelenti, hogy minél több ligandum kötődik egy receptorhoz, annál markánsabbak a változások a sejten belül.

Éppen ezért, ha nagy dózisú gyógyszert szed, az általában erősebb hatást fejt ki, mint egy kisebb dózis. Több receptor aktiválódik, több cAMP vagy foszforilált intracelluláris fehérje jön létre, és még több bármi szükséges a magban, az megtörténik (és gyakran gyorsabban, mint nagyobb mértékben történik meg mértékben).

Megjegyzés a gének kifejezéséről

A fehérjék azután készülnek, hogy a DNS kódolt másolatot készít már kódolt információjából messenger RNS formájában, amely mozgatja a magon kívülről a riboszómákig, ahol a fehérjék valójában aminosavakból készülnek a mellékelt utasításoknak megfelelően által mRNS.

Az mRNS DNS templátból történő előállításának folyamatát hívjuk átírás. Fehérjék hívtak transzkripciós tényezők különféle vagy egyidejű transzdukciós jelek bemenetének eredményeként fel- vagy lefelé szabályozható. Ennek eredményeként egy másik mennyiségű fehérje szintetizálódik, amelyet a génszekvencia (a DNS hossza) kódol.

  • Ossza meg
instagram viewer