Prenos signala: opredelitev, funkcija, primeri

Enocelični organizmi, tako kot skoraj vsi prokarionti (bakterije in arheje), jih je v naravi veliko. Evkariontski organizmi pa lahko vsebujejo milijarde celic.

Ker bi organizmu malo koristilo, če bi toliko majhnih entitet delalo ločeno od enega drugič, celice morajo imeti sredstva za medsebojno komunikacijo - torej tako pošiljanje kot sprejemanje signalov. Celice nimajo radia, televizije in interneta prenos signala, z uporabo staromodnih kemikalij.

Tako kot brisanje črk ali besed na strani ni koristno, razen če ti znaki in entitete tvorijo besede, stavki in skladno, nedvoumno sporočilo, kemični signali ne koristijo, če ne vsebujejo določenih navodila.

Zaradi tega so celice opremljene z vsemi pametnimi mehanizmi za nastajanje in transdukcija (to je prenos prek fizičnega medija) biokemičnih sporočil. Končni cilj celične signalizacije je vplivati ​​na ustvarjanje ali spreminjanje genskih produktov ali beljakovin, izdelanih na ribosomih celic, v skladu z informacijami, kodiranimi v DNA prek RNA.

Če ste bili eden izmed deset voznikov podjetja s taksiji, bi potrebovali spretnosti za vožnjo avtomobila in navigacijo po ulicah vašega mesta. dobro in spretno, da pravočasno spoznate svoje potnike na pravem mestu in jih pripeljete na cilje, kadar želijo biti tam. To pa samo po sebi ne bi zadoščalo, če bi podjetje upalo, da bo delovalo maksimalno učinkovito.

Vozniki v različnih kabinah bi morali komunicirati med seboj in z osrednjim dispečerjem, da ugotovijo, kaj potnike bi moral pobrati tisti, ki so, ko so bili določeni avtomobili polni ali kako drugače nedosegljivi, ujeti v prometu in tako naprej.

Če ne bi mogli komunicirati s komer koli razen potencialnih potnikov prek telefona ali spletne aplikacije, bi bilo podjetje kaotično.

V istem duhu biološke celice ne morejo delovati popolnoma neodvisno od celic okoli sebe. Pogosto morajo lokalne skupine celic ali celotna tkiva koordinirati neko dejavnost, kot je mišično krčenje ali celjenje po rani. Tako morajo celice komunicirati med seboj, da svoje dejavnosti uskladijo s potrebami celotnega organizma. Ker te sposobnosti ni, celice ne morejo pravilno upravljati rasti, gibanja in drugih funkcij.

Pomanjkljivosti na tem področju lahko povzročijo hude posledice, vključno z boleznimi, kot je rak, ki je v bistvu nepreverjena replikacija celic v določenem tkivu zaradi nezmožnosti celic, da modulirajo svoje lastna rast. Celična signalizacija in prenašanje signalov sta torej ključnega pomena za zdravje celotnega organizma in prizadetih celic.

Celično signalizacijo lahko razdelimo na tri osnovne faze:

1. Sprejem: Specializirane strukture na celični površini zaznajo prisotnost signalne molekule, oz ligand.
2. Transdukcija: Vezava liganda na receptor sproži signal ali kaskadno serijo signalov v notranjosti celice.
3. Odgovor: Sporočilo, ki ga sporočajo ligand in beljakovine ter drugi elementi, na katere vpliva, se razlaga in prenaša v postopek, na primer prek izražanje genov ali uredba.

Tako kot organizmi so lahko tudi celične poti za prenos signala izjemno preproste ali sorazmerno zapletene nekateri scenariji vključujejo samo en vhod ali signal ali drugi vključujejo celo vrsto zaporednih, usklajenih korakov.

Na primer, bakterija nima sposobnosti razmisleka o naravi varnostnih groženj okolje, vendar lahko zazna prisotnost glukoze, snovi, za katero uporabljajo prokariontske celice hrano.

Kompleksnejši organizmi pošiljajo signale z uporabo rastni dejavniki, hormoni, nevrotransmiterji in komponente matriksa med celicami. Te snovi lahko delujejo na bližnje celice ali na daljavo s potovanjem po krvi in ​​drugih kanalih. Nevrotransmiterji kot naprimer dopamin in serotonin prečkajo majhne prostore med sosednjimi živčnimi celicami (nevroni) ali med njimi nevroni in mišične celice ali ciljne žleze.

Hormoni pogosto delujejo na posebej velike razdalje, pri čemer molekule hormonov, izločene v možganih, vplivajo na spolne žleze, nadledvične žleze in druga "oddaljena" tkiva.

Tako kot encimi, katalizatorji celične biokemijske reakcije, so specifični za določene molekule substrata, receptorji na površinah celic pa specifični za določeno signalno molekulo. Stopnja specifičnosti se lahko spreminja in nekatere molekule lahko šibko aktivirajo receptorje, druge pa lahko močno.

Na primer, opioidna zdravila proti bolečinam aktivirajo nekatere receptorje v telesu, ki jih imenujejo naravne snovi sprožijo tudi endorfini, vendar imajo ta zdravila običajno veliko močnejši učinek zaradi farmakološkega učinka krojenje.

Receptorji so beljakovine, sprejem pa poteka na površini. Predstavljajte si receptorje kot celične zvonce, ki so kot zvonec na vratih. Zvočniki so pred vašo hišo in aktiviranje je tisto, zaradi česar ljudje v vaši hiši odpirajo vrata. Da pa zvonec na vrata deluje, mora nekdo s prstom pritisniti na zvonec.

Ligand je analogen prstu. Ko se veže na receptor, ki je podoben zvonu na vratih, začne postopek notranjega dela / prenos signala, tako kot zvonec na vratih sproži tiste, ki so v hiši, da se premaknejo in odgovorijo na vrata.

Čeprav je vezava liganda (in prst, ki pritiska na zvonec) bistvenega pomena za postopek, je to šele začetek. Vezava liganda na celični receptor je le začetek procesa, katerega signal je treba spremeniti moč, smer in končni učinek, da bodo v pomoč celici in organizmu, v katerem je prebiva.

Receptorji celične membrane vključujejo tri glavne vrste:

1. G-proteinski receptorji
2. Encimsko vezani receptorji
3. Receptorji za ionske kanale

V vseh primerih aktiviranje receptorja sproži kemično kaskado, ki pošlje signal od zunaj celice ali na membrani znotraj celice do jedra, ki je dejansko "možgani" celice in svoje genski material (DNA ali deoksiribonukleinska kislina).

Signali potujejo do jedra, ker je njihov cilj na nek način vplivati ​​na izražanje genov - prevod kod, ki jih vsebujejo geni, v beljakovinski produkt, ki ga geni koda za.

Preden signal pride v bližino jedra, se interpretira in spremeni v bližini mesta njegovega nastanka, na receptorju. Ta sprememba lahko vključuje ojačanje skozi drugi glasniki, ali pa lahko pomeni rahlo zmanjšanje moči signala, če to zahteva situacija.

G proteini so polipetidi z edinstvenimi aminokislinskimi zaporedji. V poti celične signalne transdukcije, v kateri sodelujejo, običajno receptor povežejo z encimom, ki izvaja navodila, pomembna za receptor.

V tem primeru uporabijo drugi sel ciklični adenozin monofosfat (ciklični AMP ali cAMP) za ojačanje in usmerjanje signala. Druga pogosta druga sporočila vključujejo dušikov oksid (NO) in kalcijev ion (Ca2 +).

Na primer receptor za molekulo epinefrin, ki ga lažje prepoznate kot stimulativno molekulo adrenalin, povzroča fizične spremembe v a G-protein, ki meji na kompleks ligand-receptor v celični membrani, ko epinefrin aktivira receptor.

To pa povzroči, da G-protein sproži encim adenilil ciklaza, kar vodi v proizvodnjo cAMP. Nato cAMP "naroči" povečanje encima, ki razgradi glikogen, celično shrambo ogljikovih hidratov, do glukoze.

Drugi glasniki pogosto pošiljajo različne, a skladne signale različnim genom v celični DNA. Ko cAMP zahteva razgradnjo glikogena, hkrati signalizira zaviranje proizvodnje glikogena prek drugega encima in tako zmanjša možnost jalovih ciklov (sočasni razplet nasprotnih procesov, na primer tekoče vode v en konec bazena, medtem ko poskuša izprazniti drugega konec).

Kinaze so encimi, ki jih jemljejo fosforilata molekul. To dosežejo s premestitvijo fosfatne skupine iz ATP (adenozin trifosfat, molekula, enakovredna AMP, z dvema fosfatoma, ki sta dodana tistemu, ki ga AMP že ima) na drugo molekulo. Fosforilaze so podobni, vendar ti encimi raje pobirajo proste fosfate kot pa jih zajemajo iz ATP.

V fiziologiji celičnih signalov so RTK, za razliko od G-proteinov, receptorji, ki imajo tudi encimske lastnosti. Skratka, receptorski konec molekule je obrnjen proti zunanji strani membrane, zadnji konec, narejen iz aminokisline tirozin, pa ima sposobnost fosforilacije molekul znotraj celice.

To vodi do kaskade reakcij, ki usmerjajo DNK v celičnem jedru, da povečajo (povečajo) ali zmanjšajo (zmanjšajo) proizvodnjo beljakovinskega izdelka ali izdelkov. Morda je najbolje proučena takšna veriga reakcij kaskada mitagen aktiviranega proteina (MAP) kinaze.

Verjetno so mutacije PTK odgovorne za nastanek določenih oblik raka. Prav tako je treba opozoriti, da lahko fosforilacija deaktivira in aktivira ciljne molekule, odvisno od posebnega konteksta.

Ti kanali so sestavljeni iz "vodne pore" v celična membrana in so narejeni iz beljakovin, vgrajenih v membrano. Receptor za običajni nevrotransmiter acetilholin je primer takega receptorja.

Namesto da bi sam ustvaril kaskadni signal znotraj celice, se acetilholin, ki se veže na svoj receptor, povzroči, da se pore v kompleksu razširijo, kar omogoča ioni (nabiti delci), da tečejo v celico in vplivajo na sintezo beljakovin.

Pomembno je vedeti, da dejanja, ki se zgodijo kot del pretvorbe signala celičnih receptorjev, običajno niso pojav "vklop / izklop". Se pravi fosforilacija ali defosforilacija molekule ne določa obsega možnih odzivov niti na sami molekuli niti v smislu njenega nadaljnjega signala.

Nekatere molekule, na primer, se lahko fosforilirajo na več kot enem mestu. To zagotavlja tesnejšo modulacijo delovanja molekule, na enak splošen način kot sesalnik oz mešalnik z več nastavitvami omogoča bolj ciljno čiščenje ali pripravo smutija kot binarni "vklop / izklop" stikalo.

Poleg tega ima vsaka celica več receptorjev vsake vrste, katerih odziv mora biti integriran v jedru ali pred njim, da se določi celotna velikost odziva. Na splošno je aktivacija receptorjev sorazmerna z odzivom, kar pomeni, da bolj kot se ligand veže na receptor, bolj izrazite bodo verjetno spremembe v celici.

Zato jemljete velik odmerek zdravila, ki ima običajno močnejši učinek kot manjši odmerek. Aktivira se več receptorjev, nastane več cAMP ali fosforiliranih znotrajceličnih proteinov in več karkoli je potrebno v jedru, se zgodi (in se pogosto zgodi hitreje kot tudi večje obseg).

Beljakovine nastanejo potem, ko DNA naredi kodirano kopijo svojih že kodiranih informacij v obliki messenger RNA, ki se premika zunaj jedra do ribosomov, kjer so beljakovine dejansko narejene iz aminokislin v skladu s priloženimi navodili avtor mRNA.

Imenuje se postopek izdelave mRNA iz predloge DNA prepis. Proteini imenovani transkripcijski faktorji je mogoče regulirati navzgor ali navzdol zaradi vnosa različnih neodvisnih ali sočasnih pretvorbenih signalov. Posledično se sintetizira drugačna količina beljakovin, za katere kodira gensko zaporedje (dolžina DNA).