תמסורת אות: הגדרה, פונקציה, דוגמאות

אורגניזמים חד תאיים, כמו כמעט כולם פרוקריוטים (חיידקים וארכאים), יש בשפע בטבעם. אוקריוטי אורגניזמים, לעומת זאת, יכולים להכיל מיליארדי תאים.

מכיוון שזה יעשה אורגניזם מעט טוב אם יש כל כך הרבה ישויות זעירות העמלות בבידוד מאחת אחר, התאים חייבים להיות בעלי אמצעי תקשורת זה עם זה - כלומר גם שליחה וגם קבלה אותות. חסר רדיו, טלוויזיה ואינטרנט, תאים עוסקים הולכת אותות, באמצעות כימיקלים מיושנים.

כמו ששרטוטים של אותיות או מילים על דף אינם מועילים אלא אם תווים וישויות אלה יוצרים מילים, משפטים ומסר קוהרנטי, חד משמעי, אותות כימיים אינם מועילים אלא אם כן הם מכילים ספציפי הוראות.

מסיבה זו, התאים מצוידים בכל מיני מנגנונים חכמים לדור ו התמרה (כלומר העברה דרך מדיום פיזי) של מסרים ביוכימיים. המטרה הסופית של איתות תאים היא להשפיע על יצירה או שינוי של מוצרים גנטיים, או חלבונים המיוצרים על הריבוזומים של התאים בהתאם למידע המקודד ב- DNA באמצעות RNA.

אם היית אחד מעשרות הנהגים של חברת מוניות, היית צריך את הכישורים כדי לנהוג ברכב ולנווט ברחובות העיר שלך. בקיאות ובמיומנות על מנת לפגוש את הנוסעים שלך בזמן בנקודה הנכונה ולהביא אותם ליעדיהם כאשר הם רוצים להיות שם. עם זאת, זה לא יספיק בכוחות עצמה אם החברה קיווה לפעול ביעילות מקסימאלית.

נהגים במוניות שונות יצטרכו לתקשר אחד עם השני ועם משגר מרכזי כדי לקבוע מה על הנוסעים להרים אותם, כאשר מכוניות מסוימות היו מלאות או לא היו זמינות בדרך אחרת, יתקעו בתנועה וכולי.

העדר יכולת לתקשר עם מישהו אחר מלבד נוסעים פוטנציאליים באמצעות טלפון או אפליקציה מקוונת, העסק יהיה כאוטי.

באותה רוח, תאים ביולוגיים אינם יכולים לפעול בעצמאות מוחלטת של התאים סביבם. לעתים קרובות, אשכולות מקומיים של תאים או רקמות שלמות צריכים לתאם פעילות, כמו א כיווץ שרירים או החלמה לאחר פצע. לפיכך התאים צריכים לתקשר זה עם זה כדי לשמור על פעילותם בהתאם לצרכי האורגניזם בכללותו. ללא יכולת זו, תאים אינם יכולים לנהל כראוי צמיחה, תנועה ופונקציות אחרות.

גירעונות בתחום זה עלולים להוביל לתוצאות חמורות, כולל מחלות כמו סרטן למעשה שכפול תאים לא מסומן ברקמה נתונה בגלל חוסר יכולת של תאים לווסת את התאים שלהם צמיחה עצמית. לכן איתות תאים והעברת אותות הם חיוניים לבריאות האורגניזם בכללותו, כמו גם לתאים המושפעים.

ניתן לחלק איתות תאים לשלושה שלבים בסיסיים:

1. קבלה: מבנים מיוחדים על פני התא מזהים נוכחות של מולקולת איתות, או ליגנד.
2. התמרה: קשירת הליגנד לקולטן יוזמת אות או סדרה מדורגת של אותות על פנים התא.
3. תְגוּבָה: המסר המסומן על ידי הליגנד והחלבונים ואלמנטים אחרים שהוא משפיע עליו מתפרש ומועבר לתהליך, כגון באמצעות ביטוי גנים או רגולציה.

כמו אורגניזמים עצמם, מסלול התמרה של תאים יכול להיות פשוט להפליא או מורכב יחסית תרחישים מסוימים הכוללים קלט או אות אחד בלבד, או אחרים הכוללים סדרה שלמה של צעדים רצופים ומתואמים.

חיידק, למשל, חסר יכולת להתלבט לגבי אופי האיומים הבטיחותיים בו הסביבה, אך היא יכולה לחוש בנוכחות גלוקוז, החומר שכל התאים הפרוקריוטים משתמשים בו מזון.

אורגניזמים מורכבים יותר שולחים אותות באמצעות גורמי גדילה, הורמונים, נוירוטרנסמיטרים ורכיבי המטריצה ​​בין התאים. חומרים אלה יכולים לפעול על תאים סמוכים או מרחוק על ידי נסיעה דרך הדם וערוצים אחרים. משדרים עצביים כמו דופמין ו סרוטונין לחצות את החללים הקטנים בין תאי עצב סמוכים (נוירונים) או ביניהם נוירונים ותאי שריר או בלוטות מטרה.

הורמונים פועלים לעיתים קרובות למרחקים ארוכים במיוחד, כאשר מולקולות הורמונים המופרשות במוח משפיעות על בלוטות המין, בלוטות יותרת הכליה ורקמות "רחוקות" אחרות.

בדיוק כמו אנזימים, הזרזים של תגובה ביוכימית תאית, הם ספציפיים למולקולות מצע מסוימות, הקולטנים על גבי משטחי התאים ספציפיים למולקולת אות מסוימת. רמת הספציפיות יכולה להשתנות, ויש מולקולות שיכולות להפעיל חלש קולטנים שמולקולות אחרות יכולות להפעיל חזק.

לדוגמא, תרופות נגד משככי כאבים באופיואידים מפעילות קולטנים מסוימים בגוף שחומרים טבעיים מכנים אנדורפינים מפעילים אף הם, אך לרוב לתרופות אלו יש השפעה חזקה בהרבה בשל התרופות הפרמקולוגיות שלהן חייטות.

הקולטנים הם חלבונים, והקליטה מתרחשת על פני השטח. תחשוב על קולטנים כעל פעמונים סלולריים. זה כמו פעמון דלת. פעמוני דלת נמצאים מחוץ לבית שלך והפעלתו היא זו שגורמת לאנשים בבית שלך לענות לדלת. אבל כדי שדלת הדלת תעבוד, מישהו צריך להשתמש באצבעו כדי ללחוץ על הפעמון.

הליגנד מקביל לאצבע. ברגע שהוא נקשר לקולטן, שהוא כמו פעמון הדלת, הוא יתחיל בתהליך הפנימי פעולות / העברת אותות בדיוק כשפעמון הדלת מניע את אלה שנמצאים בבית לנוע ולענות על דלת.

בעוד שקשירת הליגנד (והאצבע לוחצת על פעמון הדלת) חיונית לתהליך, זו רק ההתחלה. ליגנד המחייב לקולטן תאים הוא רק התחלה של תהליך שיש לשנות את האות שלו כוח, כיוון והשפעה אולטימטיבית על מנת להועיל לתא ולאורגניזם בו הוא נמצא מתגורר.

קולטני קרום התא כוללים שלושה סוגים עיקריים:

1. קולטנים המצמידים חלבון G
2. קולטנים הקשורים לאנזים
3. קולטני ערוץ יונים

בכל המקרים, הפעלת הקולטן יוזמת מפל כימי המעביר אות מהחלק החיצוני של התא, או על קרום בתוך התא, אל הגרעין, שהוא "המוח" בפועל של התא והמוקד של שֶׁלָה חומר גנטי (DNA, או חומצה דאוקסיריבונוקלאית).

האותות עוברים לגרעין מכיוון שמטרתם להשפיע בדרך כלשהי על ביטוי גנים - תרגום הקודים הכלולים בגנים לתוצר החלבוני שה- גנים קוד עבור.

לפני שהאות מגיע לשום מקום ליד הגרעין, הוא מתפרש ומשתנה ליד אתר מוצאו, בקולטן. שינוי זה עשוי לכלול הגברה דרך שליחים שניים, או שזה עשוי להיות ירידה קלה בעוצמת האות אם המצב דורש זאת.

חלבוני G הם פוליפטידים עם רצפי חומצות אמינו ייחודיות. במסלול התמרה של אות התא בו הם משתתפים, הם בדרך כלל קושרים את הקולטן עצמו לאנזים שמבצע את ההוראות הרלוונטיות לקולטן.

אלה משתמשים בשליח שני, במקרה זה אדנוזין מחזורי מונופוספט (AMP מחזורי, או cAMP) כדי להגביר ולכוון את האות. שליחים שניים נפוצים אחרים כוללים תחמוצת החנקן (NO) ויון סידן (Ca2 +).

לדוגמא, הקולטן למולקולה אפינפרין, שאותו אתה מזהה ביתר קלות כמולקולת אדרנלין ממריצה, גורם לשינויים פיזיים ב- חלבון G הסמוך למתחם הקולטן ליגנד בקרום התא כאשר אפינפרין מפעיל את קוֹלֵט.

זה, בתורו, גורם לחלבון G להפעיל את האנזים אדניל ציקלאז, מה שמוביל לייצור cAMP. אז "cAMP" מזמין "עלייה באנזים המפרק את הגליקוגן, צורת האחסון של התא של פחמימות, לגלוקוז.

שליחים שניים שולחים לעיתים קרובות אותות מובחנים אך עקביים לגנים שונים ב- DNA של התא. כאשר cAMP קורא להשפלת הגליקוגן, הוא מאותת בו זמנית להחזרת הייצור של גליקוגן באמצעות אנזים אחר, ובכך להפחית פוטנציאל למחזורים חסרי תוחלת (התגלגלות במקביל של תהליכים מנוגדים, כגון מים זורמים לקצה אחד של הבריכה תוך ניסיון לנקז את הקצה השני סוֹף).

קינאזות הם אנזימים שלוקחים זרחן מולקולות. הם משיגים זאת על ידי העברת קבוצת פוספט מ- ATP (אדנוזין טריפוספט, מולקולה שווה ערך ל- AMP עם שני פוספטים המצורפים לזה שיש כבר ל- AMP) למולקולה אחרת. זרחנים דומים, אך אנזימים אלה קולטים פוספטים חופשיים במקום לתפוס אותם מ- ATP.

בפיזיולוגיה של אותות תאים, RTKs, בניגוד לחלבוני G, הם קולטנים בעלי תכונות אנזימטיות. בקיצור, קצה הקולטן של המולקולה פונה אל החלק החיצוני של הקרום, ואילו לקצה הזנב, העשוי מחומצת האמינו טירוזין, יש יכולת להזריק מולקולות בתוך התא.

זה מוביל למפל של תגובות המכוונות את ה- DNA בגרעין התאים לווסת למעלה (להגדיל) או לווסת למטה (להפחית) את הייצור של מוצר חלבון או מוצרים. אולי שרשרת התגובות שכזו נחקרה בצורה הטובה ביותר היא מפל קינאז של חלבון מופעל (MAP).

האמינות כי מוטציות ב- PTK אחראיות להיווצרות צורות מסוימות של סרטן. כמו כן, יש לציין כי זרחון יכול להשבית וכן להפעיל מולקולות יעד, בהתאם להקשר הספציפי.

ערוצים אלה מורכבים מ"נקבובית מימית "ב קרום תא ומיוצרים מחלבונים המוטבעים בקרום. הקולטן למוליך העצבי הנפוץ אצטילכולין הוא דוגמה לקולטן כזה.

במקום ליצור אות מדורג כשלעצמו בתא, קשירת אצטילכולין לקולטן שלו גורמת להרחבת הנקבוביות במתחם, מה שמאפשר יונים (חלקיקים טעונים) לזרום לתא ולהפעיל את השפעותיהם במורד הזרם על סינתזת החלבון.

חיוני להכיר בכך שהפעולות המתרחשות כחלק מהעברת אות קולטן התא אינן בדרך כלל תופעות "הפעלה / כיבוי". זה ה זרחון או דה-זרחון של מולקולה אינו קובע את טווח התגובות האפשריות, לא במולקולה עצמה ולא מבחינת האות במורד הזרם שלה.

כמה מולקולות, למשל, יכולות להיות זרחניות ביותר ממיקום אחד. זה מספק אפנון הדוק יותר של פעולת המולקולה, באופן כללי שואב אבק או בלנדר עם מספר הגדרות יכול לאפשר ניקוי ממוקד יותר או הכנת שייק מאשר "הפעלה / כיבוי" בינארית החלף.

בנוסף, לכל תא יש מספר קולטנים מכל סוג, ואת התגובה של כל אחד מהם יש לשלב בגרעין או לפניו כדי לקבוע את גודל התגובה הכללי. באופן כללי, הפעלת הקולטן היא פרופורציונאלית לתגובה, כלומר ככל שככל שייגד יותר ליגנד לקולטן, כך השינויים בתוך התא צפויים להיות יותר מסומנים.

זו הסיבה שכאשר לוקחים מינון גבוה של תרופה, זה בדרך כלל משפיע חזק יותר מאשר מינון קטן יותר. קולטנים נוספים מופעלים, יותר cAMP או חלבונים תאיים זרחניים נוצרים, ועוד כל מה שנדרש בגרעין מתרחש (ולעתים קרובות קורה מהר יותר כמו גם גדול יותר מידה).

חלבונים מיוצרים לאחר ש- DNA יוצר עותק מקודד של המידע שכבר מקודד שלו בצורה של RNA שליח, שנע מחוץ לגרעין לריבוזומים, שם החלבונים מיוצרים למעשה מחומצות אמינו בהתאם להוראות המסופקות על ידי mRNA.

תהליך ייצור ה- mRNA מתבנית DNA נקרא תַעֲתוּק. חלבונים נקראים גורמי שעתוק יכול להיות מווסת למעלה או מווסת למטה כתוצאה מהקלט של אותות התמרה עצמאיים או סימולטניים שונים. כמות שונה של החלבון שמקודד רצף הגן (אורך ה- DNA) מסונתזת כתוצאה מכך.