Signalo perdavimas: apibrėžimas, funkcija, pavyzdžiai

Vienaląsčiai organizmai, kaip ir beveik visi prokariotai (bakterijos ir archėjos), yra gausaus pobūdžio. Eukariotas organizmuose gali būti milijardai ląstelių.

Organizmui būtų mažai naudinga, jei tiek daug mažyčių organizmų triūso atskirai nuo vieno kita, ląstelės turi turėti galimybę bendrauti tarpusavyje - tai yra tiek siuntimas, tiek priėmimas signalus. Trūksta radijo, televizijos ir interneto, kameros užsiima signalo perdavimas, naudojant senamadiškas chemines medžiagas.

Raidžių ar žodžių braižymas puslapyje nėra naudingas, nebent šie simboliai ir esybės formuoja žodžius, sakiniai ir nuoseklus, nedviprasmiškas pranešimas, cheminiai signalai nenaudingi, nebent juose yra specifinių instrukcijas.

Dėl šios priežasties ląstelėse yra įrengti visokie protingi mechanizmai, skirti generuoti ir perdavimas (tai yra perdavimas fizine terpe) biocheminių pranešimų. Galutinis ląstelių signalizavimo tikslas yra paveikti genų produktų arba baltymų, pagamintų ant ląstelių ribosomų, sukūrimą ar modifikavimą pagal DNR per RNR užkoduotą informaciją.

Jei būtumėte vienas iš dešimčių taksi bendrovės vairuotojų, jums reikia įgūdžių vairuoti automobilį ir naršyti savo miesto ar miestelio gatvėse kvalifikuotai ir sumaniai, kad laiku galėtum susitikti su savo keleiviais tinkamoje vietoje ir nuvesti juos į paskirties vietas, kai jie nori būti ten. Tačiau to vien nepakaktų, jei įmonė tikėtųsi veikti maksimaliai efektyviai.

Skirtingų kabinų vairuotojai turėtų bendrauti tarpusavyje ir su centriniu dispečeriu, kad nustatytų, kas keleivius turėtų įlaipinti eismas, kai tam tikri automobiliai buvo pilni ar kitais būdais neįmanoma užkalbėti ir taip toliau.

Jei nebūtų galimybės telefonu ar internetinėmis programomis bendrauti su kuo nors kitu, išskyrus potencialius keleivius, verslas būtų chaotiškas.

Ta pačia dvasia biologinės ląstelės negali veikti visiškai nepriklausomai nuo aplinkinių ląstelių. Dažnai vietiniai ląstelių ar visų audinių klasteriai turi koordinuoti veiklą, pavyzdžiui, a raumenų susitraukimas arba gijimas po žaizdos. Taigi ląstelės turi bendrauti tarpusavyje, kad jų veikla atitiktų viso organizmo poreikius. Jei šios galimybės nėra, ląstelės negali tinkamai valdyti augimo, judėjimo ir kitų funkcijų.

Šios srities trūkumai gali sukelti rimtų pasekmių, įskaitant tokias ligas kaip vėžys iš esmės nepatikrinta ląstelių replikacija tam tikrame audinyje dėl ląstelių nesugebėjimo moduliuoti jų savo augimą. Todėl ląstelių signalizavimas ir signalų perdavimas yra gyvybiškai svarbūs viso organizmo, taip pat paveiktų ląstelių sveikatai.

Ląstelių signalizaciją galima suskirstyti į tris pagrindines fazes:

1. Registratūra: Specializuotos ląstelės paviršiaus struktūros nustato signalinės molekulės buvimą arba ligandas.
2. Perdavimas: Susiejus ligandą su receptoriumi, ląstelės viduje prasideda signalas arba kaskadinė signalų serija.
3. Atsakymas: Pranešimas, kurį signalizuoja ligandas, baltymai ir kiti elementai, kuriems jis turi įtakos, yra interpretuojamas ir pateikiamas į procesą, pavyzdžiui, per genų ekspresija ar reguliavimas.

Kaip ir patys organizmai, ląstelių signalo perdavimo būdas gali būti visiškai paprastas arba palyginti sudėtingas kai kurie scenarijai apima tik vieną įvestį ar signalą, arba kiti - visa eilė nuoseklių, suderintų veiksmų.

Pavyzdžiui, bakterija neturi gebėjimo svarstyti grėsmių saugumui pobūdžio aplinkoje, tačiau jis pajunta gliukozės - medžiagos, kuriai naudojamos visos prokariotinės ląstelės, buvimą maistas.

Sudėtingesni organizmai signalus siunčia naudodami augimo faktoriai, hormonai, neuromediatoriai ir matricos komponentai tarp ląstelių. Šios medžiagos gali veikti netoliese esančias ląsteles arba per atstumą keliaudamos per kraują ir kitus kanalus. Neuromediatoriai toks kaip dopaminas ir serotonino pereiti mažus tarpus tarp gretimų nervinių ląstelių (neuronų) arba tarp neuronai ir raumenų ląstelės arba tikslinės liaukos.

Hormonai dažnai veikia ypač dideliais atstumais, o smegenyse išskiriamos hormonų molekulės veikia lytines liaukas, antinksčius ir kitus „tolimus“ audinius.

Lygiai taip fermentai, ląstelių biocheminės reakcijos katalizatoriai, yra specifiniai tam tikroms substrato molekulėms, ląstelių paviršiuose esantys receptoriai yra specifiniai tam tikrai signalo molekulei. Specifiškumo lygis gali skirtis, o kai kurios molekulės gali silpnai suaktyvinti receptorius, kuriuos kitos molekulės.

Pavyzdžiui, opioidiniai vaistai nuo skausmo suaktyvina tam tikrus receptorius organizme, kuriuos vadina natūralios medžiagos taip pat sukelia endorfinai, tačiau šie vaistai dažniausiai turi daug stipresnį poveikį dėl jų farmakologinio poveikio siuvimas.

Receptoriai yra baltymai, o priėmimas vyksta ant paviršiaus. Pagalvokite apie receptorius kaip korinius durų skambučius. Tai tarsi durų skambutis. Durų skambučiai yra už jūsų namų ribų, todėl jų įjungimas paskatina jūsų namo žmones atsakyti į duris. Bet norint, kad durų skambutis veiktų, kažkas turi pirštu paspausti varpą.

Ligandas yra analogiškas pirštui. Kai jis prisijungs prie receptoriaus, kuris yra panašus į durų skambutį, jis pradės vidinį procesą veikimas / signalo perdavimas, kai durų skambutis skatina namo viduje esančius žmones judėti ir atsakyti durys.

Nors ligando surišimas (ir durų skambutį spaudžiantis pirštas) yra būtinas procesas, tai tik pradžia. Ligandas, prisijungiantis prie ląstelių receptoriaus, yra tik proceso, kurio signalas turi būti modifikuotas, pradžia stiprumas, kryptis ir galutinis poveikis, kad būtų naudinga ląstelei ir organizmui, kuriame ji yra gyvena.

Ląstelių membranos receptoriai apima tris pagrindinius tipus:

1. Su G baltymu susieti receptoriai
2. Su fermentais susiję receptoriai
3. Jonų kanalų receptoriai

Visais atvejais suaktyvinus receptorių prasideda cheminė kaskada, kuri perduoda signalą iš išorės ląstelę arba ant membranos ląstelėje iki branduolio, kuris yra faktinis ląstelės „smegenys“ ir jos genetinė medžiaga (DNR arba dezoksiribonukleino rūgštis).

Signalai keliauja į branduolį, nes jų tikslas yra tam tikru būdu paveikti genų raišką - genuose esančių kodų vertimą į baltymų produktą, kurį genai kodas.

Prieš signalui pasiekiant bet kurią vietą šalia branduolio, jis aiškinamas ir modifikuojamas šalia jo atsiradimo vietos, prie receptoriaus. Šis modifikavimas gali apimti amplifikaciją per antrieji pasiuntiniaiarba tai gali reikšti nedidelį signalo stiprumo sumažėjimą, jei to reikalauja situacija.

G baltymai yra polipedtides su unikaliomis aminorūgščių sekomis. Ląstelės signalo perdavimo kelyje, kuriame jie dalyvauja, jie dažniausiai susieja patį receptorių su fermentu, kuris vykdo receptoriui svarbias instrukcijas.

Šiuo atveju jie naudojasi antruoju pasiuntiniu ciklinis adenozino monofosfatas (ciklinis AMP arba cAMP), kad sustiprintų ir nukreiptų signalą. Kiti įprasti antrieji pasiuntiniai yra azoto oksidas (NO) ir kalcio jonas (Ca2 +).

Pavyzdžiui, molekulės receptorius epinefrinas, kurią lengviau atpažįstate kaip stimuliatoriaus tipo adrenalino molekulę, sukelia fizinius pokyčius a G-baltymas, esantis šalia ligando receptorių komplekso ląstelės membranoje, kai epinefrinas suaktyvina receptorius.

Tai savo ruožtu sukelia G baltymą suaktyvinti fermentą adenililo ciklazė, kuris veda prie stovyklų gamybos. Tada „cAMP“ „užsako“ padidinti fermentą, kuris skaido glikogeną, ląstelės angliavandenių kaupimo formą, iki gliukozės.

Antrieji pasiuntiniai dažnai siunčia skirtingus, bet nuoseklius signalus skirtingiems ląstelės DNR genams. Kai cAMP reikalauja degraduoti glikogeno, jis tuo pačiu metu signalizuoja apie glikogeno gamybos per kitą fermentą atsilikimą, taip sumažinant bergždžių ciklų potencialas (kartu vykstantys priešingi procesai, pvz., tekantis vanduo į vieną baseino galą, bandant nutekėti kitą galas).

Kinazės yra fermentai, kurių reikia fosforilatas molekulės. Jie tai pasiekia perkeldami fosfatų grupę iš ATP (adenozino trifosfato, molekulės, prilygstančios AMP, su dviem fosfatais, pridedamais prie vieno, kurį AMP jau turi) į kitą molekulę. Fosforilės yra panašūs, tačiau šie fermentai surenka laisvuosius fosfatus, o ne paima juos iš ATP.

Ląstelių signalo fiziologijoje RTK, skirtingai nei G-baltymai, yra receptoriai, kurie taip pat turi fermentinių savybių. Trumpai tariant, molekulės receptoriaus galas nukreiptas į membranos išorę, o uodegos galas, pagamintas iš aminorūgšties tirozino, gali fosforilinti molekules ląstelės viduje.

Tai sukelia reakcijų kaskadą, nukreipiančią ląstelės branduolyje esančią DNR aukštyn reguliuoti (didinti) arba žemyn reguliuoti (mažinti) baltymų produkto ar produktų gamybą. Bene geriausiai ištirta tokia reakcijų grandinė yra mitogeno aktyvuoto baltymo (MAP) kinazės kaskada.

Manoma, kad PTK mutacijos yra atsakingos už tam tikrų vėžio formų genezę. Be to, reikia pažymėti, kad fosforilinimas gali inaktyvinti ir suaktyvinti tikslines molekules, priklausomai nuo konkretaus konteksto.

Šie kanalai susideda iš „vandeninės poros“ ląstelės membrana ir yra pagaminti iš membranoje įterptų baltymų. Paprastojo neuromediatoriaus receptorius acetilcholinas yra tokio receptoriaus pavyzdys.

Užuot generavęs kaskadinį signalą ląstelėje, acetilcholino prisijungimas prie jo receptoriaus sukelia komplekso porų išplėtimą, leidžiantį jonai (įkrautos dalelės) teka į ląstelę ir daro savo poveikį baltymų sintezei pasroviui.

Labai svarbu pripažinti, kad veiksmai, vykstantys ląstelių receptorių signalo perdavimo būdu, paprastai nėra „įjungimo / išjungimo“ reiškiniai. Tai yra fosforilinimas arba molekulės defosforilinimas nenustato galimų atsakų diapazono nei prie pačios molekulės, nei pagal jos pasrovio signalą.

Pavyzdžiui, kai kurias molekules galima fosforilinti keliose vietose. Tai suteikia griežtesnį molekulės veikimo moduliavimą tokiu pačiu bendru būdu, kaip ir dulkių siurblys arba maišytuvas su keliais nustatymais gali leisti tiksliau valyti ar gaminti kokteilius nei dvejetainis „įjungimas / išjungimas“ perjungti.

Be to, kiekvienoje ląstelėje yra keli kiekvieno tipo receptoriai, kurių kiekvieno atsakas turi būti integruotas branduolyje arba prieš jį, kad būtų nustatytas bendras atsako dydis. Paprastai receptoriaus aktyvacija yra proporcinga atsakui, tai reiškia, kad kuo daugiau ligando prisijungia receptorius, tuo ryškesni pokyčiai gali būti ląstelėje.

Štai kodėl vartojant didelę vaistų dozę, poveikis paprastai būna stipresnis nei mažesnės. Suaktyvėja daugiau receptorių, atsiranda daugiau cAMP arba fosforilintų viduląstelinių baltymų ir dar daugiau viskas, ko reikia branduolyje, vyksta (ir dažnai vyksta greičiau, kaip ir didesniam) mastu).

Baltymai gaminami po to, kai DNR daro koduotą savo jau užkoduotos informacijos kopiją žiniatinklio RNR forma, kuri juda už branduolio ribų į ribosomas, kur baltymai iš tikrųjų gaminami iš amino rūgščių pagal pateiktas instrukcijas pateikė iRNR.

Vadinamas iRNR padarymas iš DNR šablono transkripcija. Skambino baltymai transkripcijos veiksniai gali būti reguliuojamas aukštyn arba žemyn dėl įvairių nepriklausomų ar vienu metu perduodamų signalų įvesties. Dėl to sintetinamas kitoks baltymo kiekis, kurį koduoja geno seka (DNR ilgis).