シグナル伝達：定義、機能、例

ほとんどすべてのように、単細胞生物 原核生物 （バクテリアと古細菌）、自然界に豊富にあります。 真核生物 ただし、生物には数十億の細胞が含まれている可能性があります。

非常に多くの小さな実体が1つから孤立して苦しんでいることは生物に少し良いことをするので もう1つは、セルには相互に通信する手段、つまり送信と受信の両方の手段が必要です。 信号。 ラジオ、テレビ、インターネットがないため、細胞は シグナル伝達、昔ながらの化学薬品を使用しています。

ページ上の文字や単語を走り書きしても、これらの文字やエンティティが単語を形成しない限り役に立たないのと同じように、 文と首尾一貫した明確なメッセージ、化学信号は、特定のものが含まれていない限り役に立ちません 指示。

このため、細胞は生成のためのあらゆる種類の巧妙なメカニズムを備えており、 形質導入 （つまり、物理的媒体を介した送信）生化学的メッセージ。 細胞シグナル伝達の最終的な目標は、RNAを介してDNAにコード化された情報に従って、遺伝子産物、または細胞のリボソーム上で作成されたタンパク質の作成または変更に影響を与えることです。

あなたがタクシー会社の数十人の運転手のうちの1人であるなら、あなたは車を運転してあなたの街や町の通りをナビゲートするスキルを必要とするでしょう 適切な場所で時間通りに乗客に会い、行きたいときに目的地に到着させるために、知識とスキルを持って そこ。 しかし、会社が最大の効率で運営することを望むのであれば、これだけでは十分ではありません。

異なるタクシーの運転手は、お互いに、そして中央のディスパッチャーと通信して、何を決定する必要があります。 乗客は、特定の車が満員であるか、または他の方法で呪文を利用できないときに、交通渋滞に巻き込まれた人に迎えられる必要があります 等々。

電話やオンラインアプリを介して潜在的な乗客以外の人と通信する機能がなければ、ビジネスは混沌とします。

同じ精神で、生物学的細胞はそれらの周りの細胞から完全に独立して機能することはできません。 多くの場合、細胞の局所クラスターまたは組織全体は、次のような活動を調整する必要があります。 筋肉の収縮 または傷の後の治癒。 したがって、細胞は、それらの活動を生物全体のニーズに合わせて維持するために、互いに通信する必要があります。 この能力がないと、細胞は成長、動き、その他の機能を適切に管理できません。

この領域の赤字は、癌などの病気を含む重大な結果につながる可能性があります。 細胞が細胞を調節できないため、特定の組織における本質的にチェックされていない細胞複製 自分の成長。 したがって、細胞のシグナル伝達とシグナルの伝達は、影響を受けた細胞だけでなく、生物全体の健康にとって不可欠です。

細胞シグナル伝達は、3つの基本的な段階に分けることができます。

1. 受信： 細胞表面の特殊な構造は、シグナル伝達分子の存在を検出します。 リガンド.
2. 形質導入： リガンドが受容体に結合すると、細胞の内部でシグナルまたはカスケード一連のシグナルが開始されます。
3. 応答： リガンドとそれが影響を与えるタンパク質やその他の要素によって信号が送られるメッセージは、次のように解釈されて処理されます。 遺伝子発現 または規制。

生物自体のように、細胞シグナル伝達経路は非常に単純または比較的複雑である可能性があります。 1つの入力または信号のみを含むシナリオもあれば、一連の連続した調整されたステップ全体を伴うシナリオもあります。

たとえば、バクテリアは、その中の安全上の脅威の性質について熟考する能力を欠いています 環境ですが、すべての原核細胞が使用する物質であるブドウ糖の存在を感知できます 食物。

より複雑な生物は、を使用して信号を送信します 成長因子, ホルモン, 神経伝達物質 セル間のマトリックスのコンポーネント。 これらの物質は、血液や他のチャネルを通って移動することにより、近くの細胞または離れた場所で作用する可能性があります。 神経伝達物質 といった ドーパミン そして セロトニン 隣接する神経細胞（ニューロン）間または間の小さなスペースを横断する ニューロン 筋細胞または標的腺。

ホルモンはしばしば特に長距離で作用し、脳に分泌されたホルモン分子が性腺、副腎、その他の「遠い」組織に影響を及ぼします。

同じように 酵素、細胞生化学反応の触媒は、特定の基質分子に特異的であり、細胞表面の受容体は特定のシグナル分子に特異的です。 特異性のレベルはさまざまであり、一部の分子は受容体を弱く活性化する可能性があり、他の分子は強く活性化する可能性があります。

たとえば、オピオイド鎮痛薬は、天然物質が呼ぶ体内の特定の受容体を活性化します エンドルフィンも誘発しますが、これらの薬は通常、薬理学的な理由からはるかに強力な効果があります 仕立て。

受容体はタンパク質であり、受容は表面で起こります。 受容体を細胞のドアベルと考えてください。ドアベルのようなものです。 ドアベルはあなたの家の外にあり、それを作動させることはあなたの家の人々にドアに答えさせるものです。 しかし、ドアベルが機能するためには、誰かが指を使ってベルを押す必要があります。

リガンドは指に類似しています。 ドアベルのような受容体に結合すると、内部のプロセスを開始します ドアベルが家の中の人々を動かして答えるのと同じように、働き/シグナル伝達 ドア。

リガンド結合（およびドアベルを押す指）はプロセスに不可欠ですが、それは始まりにすぎません。 細胞受容体に結合するリガンドは、信号を変更する必要があるプロセスの始まりにすぎません。 細胞とそれが存在する生物に役立つための強度、方向性、究極の効果 常駐します。

細胞膜受容体には、3つの主要なタイプがあります。

1. Gタンパク質共役型受容体
2. 酵素共役型受容体
3. イオンチャネル受容体

すべての場合において、受容体の活性化は、外部から信号を発信する化学カスケードを開始します 細胞、または細胞内の膜上で、細胞の事実上の「脳」であり、 その 遺伝物質 （DNA、またはデオキシリボ核酸）。

信号は、遺伝子発現に何らかの形で影響を与えることを目的としているため、核に伝わります。つまり、遺伝子に含まれるコードからタンパク質産物への翻訳です。 遺伝子 のコード。

信号が核の近くに到達する前に、それは受容体で、その起源の部位の近くで解釈され、修正されます。 この変更には、増幅が含まれる場合があります。 セカンドメッセンジャー、または状況に応じて信号強度がわずかに低下することを意味する場合があります。

Gタンパク質は ポリペプチド ユニークなアミノ酸配列を持つ。 それらが関与する細胞シグナル伝達経路では、それらは通常、受容体自体を、受容体に関連する指示を実行する酵素にリンクします。

これらは、この場合、セカンドメッセンジャーを利用します サイクリックアデノシン一リン酸 （サイクリックAMP、またはcAMP）信号を増幅および誘導します。 他の一般的なセカンドメッセンジャーには、一酸化窒素（NO）とカルシウムイオン（Ca2 +）が含まれます。

たとえば、分子の受容体 エピネフリン覚醒剤型分子アドレナリンとしてより容易に認識される、に物理的変化を引き起こします エピネフリンが活性化するとき、細胞膜のリガンド-受容体複合体に隣接するGタンパク質 受容体。

これにより、Gタンパク質が酵素をトリガーします アデニル酸シクラーゼ、cAMPの生成につながります。 次に、cAMPは、細胞の炭水化物の貯蔵形態であるグリコーゲンをグルコースに分解する酵素の増加を「命令」します。

セカンドメッセンジャーは、細胞DNAのさまざまな遺伝子に、異なるが一貫した信号を送信することがよくあります。 cAMPがグリコーゲンの分解を要求するとき、それは同時に異なる酵素を介したグリコーゲンの生産のロールバックを合図し、それにより減少します 無益回路の可能性（プールの一方の端に水を流し、もう一方の端を排水しようとするなど、反対のプロセスが同時に展開する 終わり）。

キナーゼ 取る酵素です リン酸化 分子。 彼らは、ATP（アデノシン三リン酸、1つのAMPに2つのリン酸が付加されたAMPと同等の分子）から別の分子にリン酸基を移動することによってこれを達成します。 ホスホリラーゼ 似ていますが、これらの酵素はATPからそれらをつかむのではなく、遊離のリン酸塩を拾います。

細胞シグナル生理学では、RTKは、Gタンパク質とは異なり、酵素特性も持つ受容体です。 要するに、分子の受容体の端は膜の外側に面していますが、アミノ酸のチロシンから作られた尾の端は、細胞内の分子をリン酸化する能力を持っています。

これは、細胞核内のDNAにタンパク質製品の生産をアップレギュレート（増加）またはダウンレギュレート（減少）するように指示する一連の反応につながります。 おそらく、このような一連の反応で最もよく研​​究されているのは、マイトジェン活性化タンパク質（MAP）キナーゼカスケードです。

PTKの変異は、特定の形態の癌の発生に関与していると考えられています。 また、特定の状況に応じて、リン酸化は標的分子を不活性化および活性化する可能性があることに注意する必要があります。

これらのチャネルは、 細胞膜 膜に埋め込まれたタンパク質から作られています。 一般的な神経伝達物質の受容体 アセチルコリン そのような受容体の例です。

アセチルコリンが細胞内でカスケード信号自体を生成するのではなく、アセチルコリンがその受容体に結合すると、複合体の細孔が広がり、 イオン （荷電粒子）細胞に流れ込み、タンパク質合成の下流でそれらの効果を発揮します。

細胞受容体シグナル伝達の一部として発生する作用は、通常、「オン/オフ」現象ではないことを認識することが重要です。 つまり、 リン酸化 または、分子の脱リン酸化は、分子自体で、またはその下流のシグナルに関して、可能な応答の範囲を決定しません。

たとえば、一部の分子は複数の場所でリン酸化される可能性があります。 これにより、掃除機や 複数の設定を持つブレンダーは、バイナリの「オン/オフ」よりもターゲットを絞ったクリーニングまたはスムージー作成を可能にします スイッチ。

さらに、すべての細胞には各タイプの複数の受容体があり、応答の全体的な大きさを決定するには、それぞれの応答を核またはその前に統合する必要があります。 一般に、受容体の活性化は応答に比例します。つまり、受容体に結合するリガンドが多いほど、細胞内の変化がより顕著になる可能性があります。

これが、高用量の薬を服用すると、通常、低用量よりも強い効果を発揮する理由です。 より多くの受容体が活性化され、より多くのcAMPまたはリン酸化細胞内タンパク質が生じ、 ニュークリアスで必要なことは何でも起こります（そして多くの場合、より速く、より大きくなります エクステント）。

タンパク質は、DNAがすでにコード化された情報のコード化されたコピーをメッセンジャーRNAの形で作成した後に作成されます。 核の外側からリボソームまで、タンパク質は実際に提供された指示に従ってアミノ酸から作られています 沿って mRNA.

DNAテンプレートからmRNAを作るプロセスは 転写. と呼ばれるタンパク質 転写因子 さまざまな独立したまたは同時の変換信号の入力の結果として、アップレギュレーションまたはダウンレギュレーションすることができます。 その結果、遺伝子配列（DNAの長さ）がコードするタンパク質の量が異なります。