სიგნალის გადაცემა: განმარტება, ფუნქცია, მაგალითები

ერთუჯრედიანი ორგანიზმები, ისევე როგორც თითქმის ყველა პროკარიოტები (ბაქტერიები და არქეები), უხვი ბუნებაა. ეუკარიოტული ორგანიზმებს შეიძლება ჰქონდეთ მილიარდობით უჯრედი.

ვინაიდან ორგანიზმს ნაკლებად გამოადგება ამდენი პატარა სუბიექტი, რომლებიც ერთისგან იზოლირებულად მუშაობენ სხვა, უჯრედებს უნდა ჰქონდეთ ერთმანეთთან კომუნიკაციის საშუალება - ეს არის როგორც გაგზავნა, ისე მიღება სიგნალები. რადიო, ტელევიზია და ინტერნეტი არ აქვთ, უჯრედები მონაწილეობენ სიგნალის გადაცემა, ძველმოდური ქიმიკატების გამოყენებით.

ისევე, როგორც გვერდზე წერილების ან სიტყვების გადატანა არ გამოდგება, თუ ეს პერსონაჟები და პირები არ ქმნიან სიტყვებს, წინადადებები და თანმიმდევრული, ერთმნიშვნელოვანი მესიჯი, ქიმიური სიგნალები არ გამოდგება, თუ ისინი არ შეიცავს სპეციფიკურს ინსტრუქციები.

ამ მიზეზით, უჯრედები აღჭურვილია ყველა სახის ჭკვიანური მექანიზმებით და მათთვის ტრანსდუქცია (ეს არის ფიზიკური საშუალებით გადაცემა) ბიოქიმიური შეტყობინებები. უჯრედის სიგნალის საბოლოო მიზანია გავლენა მოახდინოს გენური პროდუქტების, ან უჯრედების რიბოზომებზე დამზადებულ ცილებზე შექმნაზე ან მოდიფიკაციაზე RNA– ს მეშვეობით დნმ – ში დაშიფრული ინფორმაციის შესაბამისად.

თუ თქვენ ტაქსიკაბის კომპანიის ათობით მძღოლიდან იქნებოდით, დაგჭირდებათ უნარები მანქანის მართვაში და თქვენი ქალაქის ან ქალაქის ქუჩებში ნავიგაციისთვის. მცოდნე და ოსტატურად, რათა დროულად შეხვდეთ თქვენს მგზავრებს საჭირო ადგილზე და მიაღწიონ მათ დანიშნულების ადგილამდე, როდესაც იქნებიან იქ ამასთან, ეს საკმარისი არ იქნებოდა, თუ კომპანია იმედოვნებდა, რომ მაქსიმალური ეფექტურობით იმუშავებდა.

სხვადასხვა კაბინაში მყოფი მძღოლებისთვის საჭიროა ერთმანეთთან და ცენტრალურ დისპეტჩერთან კომუნიკაცია მგზავრები უნდა აიყვანონ ვინმეს მიერ, როდესაც გარკვეული მანქანები სავსეა ან სხვაგვარად ვერ ხერხდება ჯადოქრობისთვის, გადაადგილდებიან ტრაფიკში და ასე შემდეგ.

არარსებობის შესაძლებლობა, ვინმესთან, გარდა პოტენციურ მგზავრთან, ტელეფონით ან ონლაინ აპლიკაციით, ბიზნესი ქაოტური იქნებოდა.

იმავე სულისკვეთებით, ბიოლოგიურ უჯრედებს არ შეუძლიათ იმუშაონ გარშემო არსებული უჯრედების სრული დამოუკიდებლობით. ხშირად, უჯრედების ან მთლიანი ქსოვილების ადგილობრივ მტევანში საჭიროა კოორდინაცია გაუწიონ საქმიანობას, მაგალითად კუნთოვანი შეკუმშვა ან ჭრილობის შემდეგ შეხორცება. ამრიგად, უჯრედებს უწევთ ერთმანეთთან კომუნიკაცია, რათა მათი საქმიანობა შეესაბამებოდეს ორგანიზმის საჭიროებებს. ამ შესაძლებლობის არარსებობის შემთხვევაში, უჯრედებს არ შეუძლიათ სწორად მართონ ზრდა, მოძრაობა და სხვა ფუნქციები.

ამ სფეროში დეფიციტმა შეიძლება გამოიწვიოს მძიმე შედეგები, მათ შორის ისეთი დაავადებები, როგორიცაა კიბო არსებითად შეუმოწმებელი უჯრედის რეპლიკაცია მოცემულ ქსოვილში უჯრედების მათი მოდულირების შეუძლებლობის გამო საკუთარი ზრდა. ამიტომ უჯრედების სიგნალიზაცია და სიგნალების ტრანსდუქცია სასიცოცხლოდ მნიშვნელოვანია როგორც ორგანიზმის, ასევე დაზარალებული უჯრედების ჯანმრთელობისთვის.

უჯრედის სიგნალიზაცია შეიძლება დაიყოს სამ ძირითად ფაზად:

1. მიღება: უჯრედის ზედაპირზე სპეციალიზებული სტრუქტურები აფიქსირებენ სასიგნალო მოლეკულის არსებობას, ან ლიგანდი.
2. ტრანსდუქცია: ლიგანდის რეცეპტორთან კავშირი იწყებს სიგნალს ან კასკადურ სიგნალებს უჯრედის ინტერიერში.
3. პასუხი: ლიგანდისა და ცილების და სხვა მასზე მოქმედი ელემენტების მიერ სიგნალი გაგზავნილი ინტერპრეტაცია ხდება და ამუშავდება, მაგალითად, via გენის გამოხატვა ან რეგულაცია.

თავად ორგანიზმების მსგავსად, უჯრედის სიგნალის გადაცემის გზა შეიძლება იყოს ძალიან მარტივი, ან შედარებით რთული ზოგი სცენარი მოიცავს მხოლოდ ერთ შეყვანას ან სიგნალს, ან სხვა მოიცავს თანმიმდევრული, კოორდინირებული ნაბიჯების მთელ რიგს.

მაგალითად, ბაქტერიას არ აქვს შესაძლებლობა განზრახ შეხედოს უსაფრთხოების საფრთხეების ბუნებას გარემოში, მაგრამ მას შეუძლია შეიგრძნოს გლუკოზის არსებობა, ნივთიერება, რომელსაც ყველა პროკარიოტული უჯრედი იყენებს საკვები

უფრო რთული ორგანიზმები სიგნალებს იყენებენ ზრდის ფაქტორები, ჰორმონები, ნეიროტრანსმიტერები და უჯრედებს შორის მატრიქსის კომპონენტები. ამ ნივთიერებებს შეუძლიათ იმოქმედონ ახლომდებარე უჯრედებზე ან მანძილზე, სისხლით და სხვა არხებით მოგზაურობის გზით. ნეიროტრანსმიტერები როგორიცაა დოფამინი და სეროტონინი გადალახეთ მცირე სივრცეები მიმდებარე ნერვულ უჯრედებს (ნეირონებს) ან მათ შორის ნეირონები და კუნთების უჯრედები ან სამიზნე ჯირკვლები.

ჰორმონები ხშირად მოქმედებენ განსაკუთრებით შორ მანძილებზე, თავის ტვინში გამოყოფილი ჰორმონის მოლეკულები მოქმედებენ სასქესო ჯირკვლებზე, თირკმელზედა ჯირკვლებზე და სხვა „შორეულ“ ქსოვილებზე.

ისევე როგორც ფერმენტები, უჯრედული ბიოქიმიური რეაქციის კატალიზატორები, სპეციფიკურია გარკვეული სუბსტრატის მოლეკულებისათვის, უჯრედების ზედაპირზე არსებული რეცეპტორები სპეციფიკურია კონკრეტული სიგნალის მოლეკულისთვის. სპეციფიკის დონე შეიძლება განსხვავდებოდეს და ზოგიერთ მოლეკულას შეუძლია სუსტად გაააქტიუროს რეცეპტორები, რომელთა სხვა მოლეკულების ძლიერი გააქტიურებაც შეიძლება.

მაგალითად, ოპიოიდური ტკივილგამაყუჩებელი პრეპარატები ააქტიურებენ ორგანიზმში გარკვეულ რეცეპტორებს, რომლებსაც ბუნებრივ ნივთიერებებს უწოდებენ ენდორფინები ასევე იწვევენ, მაგრამ ამ წამლებს, როგორც წესი, ბევრად უფრო ძლიერი ეფექტი აქვთ მათი ფარმაკოლოგიური გამო სამკერვალო.

რეცეპტორები ცილებია და მიღება ხდება ზედაპირზე. იფიქრეთ რეცეპტორებზე, როგორც ფიჭურ კარზე. ეს ზარის მსგავსია. კარების ზარები თქვენს სახლს გარეთ იმყოფება და ამის გააქტიურება იწვევს თქვენს სახლში მყოფ ადამიანებს კარზე პასუხის გაცემას. იმისათვის, რომ კარზე ზარი იმუშაოს, ვიღაცამ თითი უნდა გამოიყენოს, რომ ზარი დააჭიროს.

ლიგანდი თითის ანალოგია. მას შემდეგ რაც იგი დაუკავშირდება რეცეპტორს, რომელიც კარზე ზარის მსგავსია, ის დაიწყებს შიდა პროცესს სამუშაო / სიგნალის გადაცემა ისევე, როგორც ზარი იწვევს სახლის შიგნით მყოფებს გადაადგილებას და პასუხის გაცემას კარი

მიუხედავად იმისა, რომ ლიგანდის სავალდებულოობა (და თითის დაჭერა კარზე) აუცილებელია პროცესისთვის, ეს მხოლოდ დასაწყისია. ლიგანდის უჯრედის რეცეპტორთან კავშირი მხოლოდ პროცესის დასაწყისია, რომლის სიგნალიც უნდა შეიცვალოს ძალა, მიმართულება და საბოლოო ეფექტი იმისათვის, რომ სასარგებლო იყოს უჯრედისა და ორგანიზმისთვის, რომელშიც ის მდებარეობს ბინადრობს.

უჯრედის მემბრანის რეცეპტორები მოიცავს სამ ძირითად ტიპს:

1. G- პროტეინთან ერთად რეცეპტორები
2. ფერმენტთან დაკავშირებული რეცეპტორები
3. იონური არხის რეცეპტორები

ყველა შემთხვევაში, რეცეპტორის გააქტიურება იწყებს ქიმიურ კასკადს, რომელიც აგზავნის სიგნალს გარედან უჯრედში ან უჯრედის მემბრანაზე, ბირთვამდე, რაც არის უჯრედის ფაქტობრივი "ტვინი" და ლოკუსი მისი გენეტიკური მატერიალი (დნმ, ან დეოქსირიბონუკლეინის მჟავა).

სიგნალები მიდიან ბირთვში, რადგან მათი მიზანია გარკვეულწილად გავლენა მოახდინონ გენების გამოხატვაზე - გენებში არსებული კოდების თარგმნა ცილის პროდუქტზე, გენები კოდი.

სანამ სიგნალი ბირთვთან სადმე მივა, იგი ინტერპრეტირდება და მოდიფიცირდება მისი წარმოშობის ადგილის მახლობლად, რეცეპტორთან. ეს მოდიფიკაცია შეიძლება მოიცავდეს გაძლიერებას მეორე მესინჯერები, ან ეს შეიძლება ნიშნავს სიგნალის სიძლიერის მცირედი შემცირებას, თუ სიტუაცია ამას მოითხოვს.

G ცილებია პოლიპეტიდები ამინომჟავის უნიკალური თანმიმდევრობით. უჯრედის სიგნალის ტრანსდუქციის გზაზე, რომელშიც ისინი მონაწილეობენ, ისინი ჩვეულებრივ აკავშირებენ რეცეპტორს ფერმენტთან, რომელიც ახორციელებს რეცეპტორებთან დაკავშირებულ მითითებებს.

ამ შემთხვევაში იყენებენ მეორე მესინჯერს ციკლური ადენოზინის მონოფოსფატი (ციკლური AMP, ან cAMP) სიგნალის გასამდიდრებლად და მიმართულებისთვის. მეორე საერთო მეორე მესენჯერებში შედის აზოტის ოქსიდი (NO) და კალციუმის იონი (Ca2 +).

მაგალითად, მოლეკულის რეცეპტორი ეპინეფრინი, რომელსაც უფრო ადვილად აღიარებთ, როგორც მასტიმულირებელი ტიპის მოლეკულა ადრენალინი, იწვევს ფიზიკურ ცვლილებებს ა უჯრედის მემბრანაში ლიგანდ-რეცეპტორების კომპლექსის მიმდებარე G- ცილა, როდესაც ეპინეფრინი ააქტიურებს მას რეცეპტორი.

ეს, თავის მხრივ, იწვევს G- პროტეინს, რომ გამოიწვიოს ფერმენტი ადენილის ციკლაზა, რაც იწვევს ბანაკის წარმოებას. შემდეგ cAMP "ბრძანებს" ფერმენტის გაზრდას, რომელიც ანადგურებს გლიკოგენს, უჯრედის ნახშირწყლების უჯრედის შენახვის ფორმას, გლუკოზას.

მეორე მესინჯერები ხშირად მკაფიო, მაგრამ თანმიმდევრულ სიგნალებს უგზავნიან უჯრედის დნმ-ის სხვადასხვა გენებს. როდესაც cAMP გლიკოგენის დეგრადაციას ითხოვს, იგი ერთდროულად იძლევა სიგნალს სხვა ფერმენტის საშუალებით გლიკოგენის წარმოებაში, რაც ამცირებს უშედეგო ციკლის პოტენციალი (საპირისპირო პროცესების ერთდროულად განვითარება, მაგალითად, წყლის ჩაშვება აუზის ერთ ბოლოში, ხოლო მეორის გადინების მცდელობა დასასრული).

კინაზები არის ფერმენტები, რომლებიც იღებენ ფოსფორილატი მოლეკულები. ისინი ამას ასრულებენ ფოსფატის ჯგუფის ATP– დან (ადენოზინის ტრიფოსფატი, AMP– ის ექვივალენტური მოლეკულა ორი ფოსფატით, რომელსაც ერთ AMP– ს უკვე აქვს) სხვა მოლეკულაში გადატანა ფოსფორილაზები მსგავსია, მაგრამ ეს ფერმენტები იღებენ თავისუფალ ფოსფატებს, ვიდრე აითვისებენ მათ ATP– დან.

უჯრედის სიგნალის ფიზიოლოგიაში, RTK, G- ცილებისგან განსხვავებით, არის რეცეპტორები, რომლებიც ასევე ფლობენ ფერმენტულ თვისებებს. მოკლედ რომ ვთქვათ, მოლეკულის რეცეპტორული დაბოლოება გარსის გარედან გადადის, ხოლო კუდის ბოლოს, ამინომჟავის ტიროზინისგან, აქვს ფოსფორილაციის უნარი უჯრედის შიგნით.

ეს იწვევს რეაქციების კასკადს, რომლებიც უჯრედის ბირთვში დნმ-ს მიმართულია ცილის პროდუქტის ან პროდუქტების წარმოების რეგულირების (გაზრდის) ან რეგულირების (შემცირების )კენ. შესაძლოა, ყველაზე უკეთ შესწავლილი რეაქციების ასეთი ჯაჭვია მიტოგენ – აქტივირებული ცილის (MAP) კინაზას კასკადი.

ითვლება, რომ PTK– ში მუტაციები პასუხისმგებელია კიბოს გარკვეული ფორმების გენეზზე. ასევე, უნდა აღინიშნოს, რომ ფოსფორილაციას შეუძლია დანიშნოს მოლეკულების ინაქტივაცია და გააქტიურება, რაც დამოკიდებულია კონკრეტულ კონტექსტზე.

ეს არხები შედგება "წყლის ფორებისაგან" უჯრედის მემბრანა და მზადდება მემბრანაში ჩასმული ცილებისგან. რეცეპტორი საერთო ნეიროტრანსმიტრისთვის აცეტილქოლინი არის ასეთი რეცეპტორის მაგალითი.

იმის ნაცვლად, რომ უჯრედში კასკადური სიგნალი წარმოიქმნას, აცეტილქოლინი მის რეცეპტორთან შეერთებას იწვევს კომპლექსის ფორების გაფართოებას, რაც საშუალებას იძლევა იონები (დამუხტული ნაწილაკები) მოედინება უჯრედში და ახდენს მათ გავლენას ქვედა დინების ცილებზე სინთეზზე.

სასიცოცხლოდ მნიშვნელოვანია იმის გაცნობიერება, რომ მოქმედებები, რომლებიც ხდება უჯრედის რეცეპტორების სიგნალის ტრანსდუქციის ნაწილში, არ არის ჩვეულებრივ "ჩართვა / გამორთვა". ანუ ფოსფორილაცია ან მოლეკულის დეფოსფორილაცია არ განსაზღვრავს შესაძლო რეაგირების დიაპაზონს, როგორც თავად მოლეკულასთან, ან მისი ქვედა დინების სიგნალის თვალსაზრისით.

ზოგიერთი მოლეკულა, მაგალითად, შეიძლება ფოსფორილირდეს ერთზე მეტ ადგილზე. ეს უზრუნველყოფს მოლეკულის მოქმედების უფრო მჭიდრო მოდულაციას, იგივე ზოგადი წესით, როგორც მტვერსასრუტი ან მრავალჯერადი პარამეტრების მქონე ბლენდერს საშუალებას გაძლევთ უფრო მიზანმიმართული წმენდა ან გლუვი გახდეს, ვიდრე ორობითი "ჩართვა / გამორთვა" გადართვა

გარდა ამისა, თითოეულ უჯრედს აქვს თითოეული ტიპის მრავალი რეცეპტორი, რომელთა თითოეული პასუხი უნდა იყოს ინტეგრირებული ბირთვზე ან მის წინაშე, რათა დადგინდეს რეაგირების საერთო სიდიდე. ზოგადად, რეცეპტორების აქტივაცია რეაგირების პროპორციულია, რაც იმას ნიშნავს, რომ რაც უფრო მეტი ლიგანი უკავშირდება რეცეპტორს, მით უფრო გამოხატულია უჯრედის ცვლილებები.

ამიტომ, როდესაც მედიკამენტის მაღალი დოზა მიიღეთ, ის ჩვეულებრივ უფრო ძლიერ ეფექტს ახდენს, ვიდრე მცირე დოზა. გააქტიურებულია მეტი რეცეპტორი, მეტი კამპ ან ფოსფორილირებული უჯრედშიდა ცილა და ა.შ. რაც საჭიროა ბირთვში, ხდება (და ხშირად ხდება უფრო სწრაფად, როგორც უფრო დიდი) იმდენად, რამდენადაც).

ცილები მზადდება მას შემდეგ, რაც დნმ გააკეთებს მისი უკვე დაშიფრული ინფორმაციის კოდირებულ ასლს მესენჯერი RNA- ს სახით, რომელიც მოძრაობს ბირთვიდან რიბოზომამდე, სადაც ცილები რეალურად მზადდება ამინომჟავებისგან, მითითებული მითითებების შესაბამისად ავტორი mRNA.

MRNA– ს მიღების პროცესს დნმ – ს შაბლონიდან ეწოდება ტრანსკრიფცია. ცილები ე.წ. ტრანსკრიფციის ფაქტორები შეიძლება მოწესრიგდეს ან დაარეგულირდეს სხვადასხვა დამოუკიდებელი ან ერთდროული გამტარ სიგნალების შეყვანის შედეგად. შედეგად სინთეზირებულია პროტეინის განსხვავებული ოდენობა, რომლის გენერირებად ხდება გენის თანმიმდევრობა (დნმ სიგრძე).