การส่งสัญญาณ: ความหมาย ฟังก์ชัน ตัวอย่าง

สิ่งมีชีวิตเซลล์เดียวเหมือนเกือบทั้งหมด almost โปรคาริโอต (แบคทีเรียและอาร์เคีย) มีอยู่มากมายในธรรมชาติ ยูคาริโอต อย่างไรก็ตาม สิ่งมีชีวิตสามารถมีเซลล์ได้หลายพันล้านเซลล์

เพราะมันจะทำให้สิ่งมีชีวิตเล็กๆ น้อยๆ หลายๆ ตัวแยกตัวออกจากสิ่งเดียวได้ อีกอย่าง เซลล์ต้องมีช่องทางในการสื่อสารระหว่างกัน นั่นคือ ทั้งการส่งและรับ สัญญาณ ขาดวิทยุ โทรทัศน์ และอินเทอร์เน็ต เซลล์มีส่วนร่วม การส่งสัญญาณโดยใช้สารเคมีที่ล้าสมัย

เช่นเดียวกับการขีดเขียนตัวอักษรหรือคำบนหน้านั้นไม่มีประโยชน์ เว้นแต่ตัวอักษรและเอนทิตีเหล่านี้จะประกอบเป็นคำ ประโยคและข้อความที่สอดคล้องกัน ชัดเจน สัญญาณทางเคมีจะไม่มีประโยชน์เว้นแต่จะมีความเฉพาะเจาะจง คำแนะนำ

ด้วยเหตุนี้ เซลล์จึงได้รับการติดตั้งกลไกอันชาญฉลาดทุกรูปแบบสำหรับรุ่นและ การถ่ายโอน (นั่นคือการส่งผ่านสื่อทางกายภาพ) ของข้อความทางชีวเคมี เป้าหมายสูงสุดของการส่งสัญญาณของเซลล์คือการมีอิทธิพลต่อการสร้างหรือดัดแปลงผลิตภัณฑ์ยีน หรือโปรตีนที่สร้างบนไรโบโซมของเซลล์ตามข้อมูลที่เข้ารหัสใน DNA ผ่าน RNA

หากคุณเป็นหนึ่งในคนขับแท็กซี่หลายสิบคน คุณจะต้องมีทักษะในการขับรถและนำทางไปตามถนนในเมืองหรือเมืองของคุณ อย่างรอบรู้และชำนาญเพื่อที่จะพบผู้โดยสารของคุณตรงเวลาในสถานที่ที่เหมาะสมและพาพวกเขาไปยังจุดหมายปลายทางเมื่อพวกเขาต้องการ ที่นั่น อย่างไรก็ตาม สิ่งนี้จะไม่เพียงพอหากบริษัทหวังที่จะดำเนินงานอย่างมีประสิทธิภาพสูงสุด

ผู้ขับขี่ในห้องโดยสารที่แตกต่างกันจะต้องสื่อสารกันและกับผู้มอบหมายงานส่วนกลางเพื่อพิจารณาว่า ผู้โดยสารควรมารับโดยผู้ที่เมื่อรถบางคันเต็มหรือไม่สามารถสะกดได้ ติดอยู่ในการจราจร และอื่นๆ

หากไม่มีความสามารถในการสื่อสารกับบุคคลอื่นที่ไม่ใช่ผู้โดยสารทางโทรศัพท์หรือแอปออนไลน์ ธุรกิจจะวุ่นวาย

ในแง่เดียวกัน เซลล์ทางชีววิทยาไม่สามารถทำงานโดยอิสระอย่างสมบูรณ์ของเซลล์รอบๆ ตัวได้ บ่อยครั้ง กลุ่มเซลล์หรือเนื้อเยื่อทั้งหมดจำเป็นต้องประสานกิจกรรม เช่น a การหดตัวของกล้ามเนื้อ หรือการรักษาหลังจากบาดแผล ดังนั้นเซลล์จึงต้องสื่อสารกันเพื่อให้กิจกรรมของพวกเขาสอดคล้องกับความต้องการของร่างกายโดยรวม หากไม่มีความสามารถนี้ เซลล์จะไม่สามารถจัดการการเจริญเติบโต การเคลื่อนไหว และการทำงานอื่นๆ ได้อย่างถูกต้อง

การขาดดุลในพื้นที่นี้สามารถนำไปสู่ผลร้ายแรง รวมถึงโรคต่างๆ เช่น มะเร็ง ซึ่งก็คือ การจำลองแบบของเซลล์ที่ไม่ถูกตรวจสอบโดยพื้นฐานแล้วในเนื้อเยื่อที่กำหนด เนื่องจากเซลล์ไม่สามารถปรับสภาพของพวกมันได้ การเติบโตของตัวเอง การส่งสัญญาณและการส่งสัญญาณของเซลล์จึงมีความสำคัญต่อสุขภาพของสิ่งมีชีวิตโดยรวมเช่นเดียวกับเซลล์ที่ได้รับผลกระทบ

การส่งสัญญาณของเซลล์สามารถแบ่งออกเป็นสามขั้นตอนพื้นฐาน:

1. แผนกต้อนรับ: โครงสร้างเฉพาะบนผิวเซลล์ตรวจจับการมีอยู่ของโมเลกุลส่งสัญญาณหรือ ลิแกนด์.
2. การถ่ายโอน: การจับของลิแกนด์กับตัวรับจะเริ่มต้นสัญญาณหรือชุดสัญญาณที่เรียงซ้อนกันภายในเซลล์
3. ตอบกลับ: ข้อความที่ส่งสัญญาณโดยลิแกนด์และโปรตีนและองค์ประกอบอื่น ๆ ที่มีอิทธิพลนั้นถูกตีความและนำเข้าสู่กระบวนการเช่นผ่าน การแสดงออกของยีน หรือระเบียบ

เช่นเดียวกับสิ่งมีชีวิตเอง เส้นทางการถ่ายทอดสัญญาณของเซลล์สามารถเรียบง่ายอย่างประณีตหรือซับซ้อนเมื่อเปรียบเทียบด้วย บางสถานการณ์ที่เกี่ยวข้องกับอินพุตหรือสัญญาณเพียงรายการเดียว หรือบางสถานการณ์ที่เกี่ยวข้องกับขั้นตอนที่ประสานกันตามลำดับทั้งชุด

ตัวอย่างเช่น แบคทีเรียขาดความสามารถในการไตร่ตรองถึงธรรมชาติของภัยคุกคามด้านความปลอดภัยในตัวของมัน สิ่งแวดล้อม แต่สามารถรับรู้ถึงการมีอยู่ของกลูโคส สารที่เซลล์โปรคาริโอตทั้งหมดใช้สำหรับ อาหาร.

สิ่งมีชีวิตที่ซับซ้อนมากขึ้นส่งสัญญาณโดยใช้ ปัจจัยการเจริญเติบโต, ฮอร์โมน, สารสื่อประสาท และองค์ประกอบของเมทริกซ์ระหว่างเซลล์ สารเหล่านี้สามารถออกฤทธิ์กับเซลล์ใกล้เคียงหรือในระยะไกลได้โดยการเดินทางผ่านเลือดและช่องทางอื่นๆ สารสื่อประสาท เช่น โดปามีน และ serotonin สำรวจช่องว่างเล็ก ๆ ระหว่างเซลล์ประสาทที่อยู่ติดกัน (เซลล์ประสาท) หรือระหว่าง เซลล์ประสาท และเซลล์กล้ามเนื้อหรือต่อมเป้าหมาย

ฮอร์โมนมักทำหน้าที่ในระยะทางไกลโดยเฉพาะอย่างยิ่ง โดยโมเลกุลของฮอร์โมนที่หลั่งในสมองส่งผลต่ออวัยวะสืบพันธุ์ ต่อมหมวกไต และเนื้อเยื่อ "ที่อยู่ห่างไกล" อื่นๆ

เช่นเดียวกับ เอนไซม์ตัวเร่งปฏิกิริยาของปฏิกิริยาทางชีวเคมีของเซลล์นั้นจำเพาะสำหรับโมเลกุลของสารตั้งต้นบางชนิด ตัวรับบนพื้นผิวของเซลล์นั้นจำเพาะสำหรับโมเลกุลสัญญาณเฉพาะ ระดับความจำเพาะอาจแตกต่างกันไป และโมเลกุลบางตัวสามารถกระตุ้นตัวรับได้เล็กน้อย ซึ่งโมเลกุลอื่นสามารถกระตุ้นอย่างแรง

ตัวอย่างเช่น ยาแก้ปวด opioid กระตุ้นตัวรับบางอย่างในร่างกายที่สารธรรมชาติเรียกว่า เอ็นดอร์ฟินยังกระตุ้น แต่ยาเหล่านี้มักจะมีผลดีกว่ามากเนื่องจากเภสัชวิทยาของพวกมัน การตัดเย็บ

ตัวรับคือโปรตีนและการรับสัญญาณเกิดขึ้นบนพื้นผิว คิดว่าตัวรับเป็นเหมือนกริ่งประตูแบบเซลลูลาร์ มันเหมือนกับกริ่งประตู กริ่งประตูอยู่นอกบ้านของคุณและการเปิดใช้งานเป็นสิ่งที่ทำให้คนในบ้านของคุณเปิดประตู แต่เพื่อให้กริ่งประตูใช้งานได้ บางคนต้องใช้นิ้วกดกริ่ง

ลิแกนด์นั้นคล้ายคลึงกับนิ้ว เมื่อมันผูกกับตัวรับซึ่งเป็นเหมือนกริ่งประตู มันจะเริ่มกระบวนการภายใน การทำงาน/การส่งสัญญาณ เหมือนกับที่กริ่งประตูเรียกคนในบ้านให้เคลื่อนที่และรับคำตอบ ประตู.

แม้ว่าการผูกแกนด์ (และนิ้วที่กดกริ่งประตู) มีความสำคัญต่อกระบวนการ แต่ก็เป็นเพียงจุดเริ่มต้นเท่านั้น ลิแกนด์ที่จับกับตัวรับเซลล์เป็นเพียงจุดเริ่มต้นของกระบวนการซึ่งสัญญาณจะต้องถูกแก้ไขใน ความแข็งแรงทิศทางและผลสุดท้ายที่จะเป็นประโยชน์ต่อเซลล์และสิ่งมีชีวิตที่มัน อาศัยอยู่

ตัวรับเยื่อหุ้มเซลล์ประกอบด้วยสามประเภทหลัก:

1. ตัวรับ G-โปรตีนควบคู่
2. ตัวรับที่เชื่อมโยงกับเอนไซม์
3. ตัวรับช่องไอออน

ในทุกกรณี การกระตุ้นตัวรับจะเริ่มต้นการเรียงซ้อนทางเคมีที่ส่งสัญญาณจากภายนอกของ เซลล์หรือบนเมมเบรนภายในเซลล์ จนถึงนิวเคลียส ซึ่งเป็น "สมอง" โดยพฤตินัยของเซลล์และตำแหน่งของ ของมัน วัสดุทั่วไป (DNA หรือกรดดีออกซีไรโบนิวคลีอิก)

สัญญาณจะเดินทางไปยังนิวเคลียสเนื่องจากวัตถุประสงค์ของพวกมันคือมีอิทธิพลต่อการแสดงออกของยีนในทางใดทางหนึ่ง - การแปลรหัสที่มีอยู่ในยีนไปยังผลิตภัณฑ์โปรตีนที่ ยีน รหัสสำหรับ.

ก่อนที่สัญญาณจะเข้าใกล้นิวเคลียส สัญญาณจะถูกแปลและดัดแปลงใกล้กับจุดกำเนิดที่ตัวรับ การปรับเปลี่ยนนี้อาจเกี่ยวข้องกับการขยายเสียงผ่าน ผู้ส่งสารที่สองหรืออาจหมายถึงความแรงของสัญญาณลดลงเล็กน้อยหากสถานการณ์ต้องการ

โปรตีน G คือ โพลิเพดไทด์ ด้วยลำดับกรดอะมิโนที่เป็นเอกลักษณ์ ในวิถีการถ่ายโอนสัญญาณของเซลล์ที่พวกมันเข้าร่วม พวกเขามักจะเชื่อมโยงตัวรับเข้ากับเอนไซม์ที่ดำเนินการตามคำสั่งที่เกี่ยวข้องกับตัวรับ

สิ่งเหล่านี้ใช้ประโยชน์จากผู้ส่งสารคนที่สองในกรณีนี้ ไซคลิกอะดีโนซีนโมโนฟอสเฟต (cyclic AMP หรือ cAMP) เพื่อขยายและควบคุมสัญญาณ สารตัวที่สองที่พบบ่อยอื่นๆ ได้แก่ ไนตริกออกไซด์ (NO) และแคลเซียมไอออน (Ca2+)

ตัวอย่างเช่น ตัวรับของโมเลกุล อะดรีนาลีนซึ่งคุณรับรู้ได้ง่ายกว่าว่าเป็นอะดรีนาลินของโมเลกุลกระตุ้น ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพต่อa G-โปรตีนที่อยู่ติดกับตัวรับลิแกนด์คอมเพล็กซ์ในเยื่อหุ้มเซลล์เมื่ออะดรีนาลีนกระตุ้น ตัวรับ

ในทางกลับกัน ทำให้ G-protein ไปกระตุ้นเอนไซม์ อะเดนิลลิล ไซคเลสซึ่งนำไปสู่การผลิตค่าย จากนั้นค่ายจะ "สั่ง" การเพิ่มเอนไซม์ที่สลายไกลโคเจน ซึ่งเป็นรูปแบบกักเก็บคาร์โบไฮเดรตของเซลล์ ไปเป็นกลูโคส

ผู้ส่งสารที่สองมักจะส่งสัญญาณที่ชัดเจนแต่สม่ำเสมอไปยังยีนต่างๆ ใน ​​DNA ของเซลล์ เมื่อ cAMP เรียกร้องให้มีการย่อยสลายไกลโคเจน มันจะส่งสัญญาณการย้อนกลับในการผลิตไกลโคเจนผ่านเอนไซม์ที่ต่างกันไปพร้อม ๆ กัน ซึ่งจะช่วยลด ศักยภาพของวัฏจักรที่ไร้ประโยชน์ (การแฉพร้อมกันของกระบวนการที่ไม่เห็นด้วย เช่น การที่น้ำไหลเข้าที่ปลายด้านหนึ่งของสระขณะพยายามระบายอีกด้านหนึ่ง จบ)

Kinases เป็นเอ็นไซม์ที่ใช้ ฟอสโฟรีเลต โมเลกุล พวกเขาทำได้โดยการย้ายกลุ่มฟอสเฟตจาก ATP (อะดีโนซีน ไตรฟอสเฟต ซึ่งเป็นโมเลกุลที่เทียบเท่ากับ AMP โดยมีฟอสเฟตสองตัวต่อท้าย AMP หนึ่งตัวที่มีอยู่แล้ว) ไปยังโมเลกุลอื่น ฟอสฟอรีเลส มีความคล้ายคลึงกัน แต่เอ็นไซม์เหล่านี้เก็บฟอสเฟตอิสระมากกว่าที่จะดึงมาจากเอทีพี

ในสรีรวิทยาของสัญญาณเซลล์ RTKs ซึ่งแตกต่างจาก G-proteins เป็นตัวรับที่มีคุณสมบัติของเอนไซม์เช่นกัน กล่าวโดยสรุป ปลายรีเซพเตอร์ของโมเลกุลหันไปทางด้านนอกของเมมเบรน ในขณะที่ส่วนปลายซึ่งทำจากไทโรซีนของกรดอะมิโน มีความสามารถในการสร้างโมเลกุลฟอสโฟรีเลตภายในเซลล์

สิ่งนี้นำไปสู่กระแสปฏิกิริยาที่ควบคุม DNA ในนิวเคลียสของเซลล์เพื่อควบคุม (เพิ่มขึ้น) หรือควบคุมลง (ลดลง) การผลิตผลิตภัณฑ์โปรตีนหรือผลิตภัณฑ์ บางทีปฏิกิริยาลูกโซ่ของปฏิกิริยาที่ได้รับการศึกษาดีที่สุดก็คือโปรตีนที่กระตุ้นการทำงานของไมโตเจน (MAP) ไคเนส

เชื่อกันว่าการกลายพันธุ์ใน PTK มีส่วนทำให้เกิดมะเร็งบางชนิด นอกจากนี้ ควรสังเกตด้วยว่าฟอสโฟรีเลชันสามารถยับยั้งการทำงานและกระตุ้นโมเลกุลเป้าหมายได้ ขึ้นอยู่กับบริบทเฉพาะ

ช่องเหล่านี้ประกอบด้วย "รูพรุนที่เป็นน้ำ" ใน เยื่อหุ้มเซลล์ และทำจากโปรตีนที่ฝังอยู่ในเยื่อหุ้มเซลล์ ตัวรับสารสื่อประสาททั่วไป อะเซทิลโคลีน เป็นตัวอย่างของตัวรับดังกล่าว

แทนที่จะสร้างสัญญาณเรียงต่อกันภายในเซลล์ อะเซทิลโคลีนที่จับกับตัวรับจะทำให้รูพรุนในสารเชิงซ้อนกว้างขึ้น ยอมให้ ไอออน (อนุภาคที่มีประจุ) ไหลเข้าสู่เซลล์และออกแรงที่ปลายน้ำในการสังเคราะห์โปรตีน

จำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องตระหนักว่าการกระทำที่เกิดขึ้นโดยเป็นส่วนหนึ่งของการถ่ายทอดสัญญาณตัวรับเซลล์นั้นโดยทั่วไปแล้วไม่ใช่ปรากฏการณ์ "เปิด/ปิด" นั่นคือ ฟอสโฟรีเลชั่น หรือการดีฟอสโฟรีเลชั่นของโมเลกุลไม่ได้กำหนดช่วงของการตอบสนองที่เป็นไปได้ ไม่ว่าจะที่ตัวโมเลกุลเองหรือในแง่ของสัญญาณปลายทางของมัน

ตัวอย่างเช่น โมเลกุลบางตัวสามารถถูกฟอสโฟรีเลตได้มากกว่าหนึ่งตำแหน่ง สิ่งนี้ให้การปรับการทำงานของโมเลกุลที่เข้มงวดยิ่งขึ้นในลักษณะทั่วไปเช่นเดียวกับเครื่องดูดฝุ่นหรือ เครื่องปั่นที่มีการตั้งค่าหลายแบบช่วยให้สามารถทำความสะอาดหรือทำสมูทตี้ได้ตรงเป้าหมายมากกว่า "เปิด/ปิด" แบบไบนารี สวิตซ์.

นอกจากนี้ ทุกเซลล์มีตัวรับหลายตัวสำหรับแต่ละประเภท ซึ่งการตอบสนองของแต่ละเซลล์จะต้องถูกรวมไว้ที่หรือก่อนนิวเคลียสเพื่อกำหนดขนาดโดยรวมของการตอบสนอง โดยทั่วไป การกระตุ้นรีเซพเตอร์เป็นสัดส่วนกับการตอบสนอง หมายความว่ายิ่งลิแกนด์จับกับรีเซพเตอร์มากเท่าใด การเปลี่ยนแปลงภายในเซลล์ก็จะยิ่งเด่นชัดมากขึ้นเท่านั้น

นี่คือเหตุผลที่เมื่อคุณทานยาในปริมาณมาก ยามักจะให้ผลดีกว่าขนาดยาที่น้อยกว่า ตัวรับถูกกระตุ้นมากขึ้น ผลลัพธ์จากแคมป์หรือโปรตีนในเซลล์ที่มีฟอสโฟรีเลตมากขึ้น และ more อะไรก็ตามที่จำเป็นในนิวเคลียสจะเกิดขึ้น (และมักจะเกิดขึ้นเร็วกว่าและมากกว่า) ขอบเขต)

โปรตีนถูกสร้างขึ้นหลังจาก DNA สร้างสำเนาของข้อมูลที่เข้ารหัสแล้วในรูปแบบของ Messenger RNA ซึ่งเคลื่อนไหว นอกนิวเคลียสถึงไรโบโซม ซึ่งจริง ๆ แล้วโปรตีนถูกสร้างขึ้นจากกรดอะมิโนตามคำแนะนำที่ให้มา โดย mRNA.

กระบวนการสร้าง mRNA จากแม่แบบ DNA เรียกว่า การถอดความ. โปรตีนที่เรียกว่า ปัจจัยการถอดความ สามารถควบคุมขึ้นหรือลงได้อันเป็นผลมาจากอินพุตของสัญญาณการถ่ายโอนข้อมูลอิสระหรือพร้อมกันต่างๆ ผลที่ได้คือปริมาณโปรตีนที่แตกต่างกันซึ่งลำดับยีน (ความยาวของดีเอ็นเอ) รหัสถูกสังเคราะห์ขึ้น