Hemen hemen hepsi gibi tek hücreli organizmalar prokaryotlar (bakteri ve arkeler), doğada bol miktarda bulunur. ökaryotik Ancak organizmalar milyarlarca hücre içerebilir.
Bu kadar çok sayıda küçük varlığın tek bir varlıktan izole olarak çalışmasının bir organizmaya pek faydası olmayacağı için. diğerinde, hücrelerin birbirleriyle iletişim kurma araçları olmalıdır - yani hem gönderme hem de alma sinyaller. Radyo, televizyon ve internetten yoksun hücreler, sinyal iletimi, eski moda kimyasallar kullanarak.
Nasıl ki bu karakterler ve varlıklar kelimeler oluşturmadıkça bir sayfaya harfleri veya kelimeleri karalamak işe yaramazsa, cümleler ve tutarlı, açık bir mesaj, kimyasal sinyaller, spesifik içermedikçe hiçbir işe yaramaz. Talimatlar.
Bu nedenle hücreler, üretim ve üretim için her türlü akıllı mekanizma ile donatılmıştır. transdüksiyon (yani, fiziksel bir ortam aracılığıyla iletim) biyokimyasal mesajların. Hücre sinyalleşmesinin nihai amacı, RNA yoluyla DNA'da kodlanan bilgilere göre hücrelerin ribozomlarında yapılan gen ürünlerinin veya proteinlerin yaratılmasını veya değiştirilmesini etkilemektir.
Sinyal İletiminin Nedenleri
Bir taksi şirketinin düzinelerce şoföründen biri olsaydınız, araba kullanma ve şehrinizin veya kasabanızın sokaklarında gezinme becerilerine ihtiyacınız olurdu. Yolcularınızı zamanında, doğru yerde karşılamak ve istedikleri zaman gidecekleri yere ulaştırmak için bilgili ve ustaca Orada. Ancak, şirket maksimum verimlilikte çalışmayı umuyorsa, bu tek başına yeterli olmayacaktı.
Farklı kabinlerdeki sürücülerin, neyin ne olduğunu belirlemek için birbirleriyle ve merkezi bir sevk memuru ile iletişim kurması gerekir. Bazı arabalar dolu olduğunda veya bir büyü için başka türlü müsait olmadığında, trafiğe sıkışan yolcular tarafından alınmalıdır. ve benzeri.
Potansiyel yolcular dışında herhangi biriyle telefon veya çevrimiçi uygulama aracılığıyla iletişim kurma olanağı yoksa, iş kaotik olurdu.
Aynı şekilde biyolojik hücreler de etraflarındaki hücrelerden tam bağımsız olarak faaliyet gösteremezler. Çoğu zaman, yerel hücre kümelerinin veya tüm dokuların, örneğin bir aktiviteyi koordine etmesi gerekir. kas kasılması ya da bir yaradan sonra iyileşme. Bu nedenle hücreler, faaliyetlerini bir bütün olarak organizmanın ihtiyaçları ile uyumlu tutmak için birbirleriyle iletişim kurmak zorundadır. Bu yetenek olmadığında hücreler büyüme, hareket ve diğer işlevleri düzgün bir şekilde yönetemezler.
Bu alandaki eksiklikler, kanser gibi hastalıklar da dahil olmak üzere ciddi sonuçlara yol açabilir. Belirli bir dokuda, hücrelerin kendilerini modüle edememeleri nedeniyle, esasen kontrolsüz hücre replikasyonu kendi büyüme. Hücre sinyalleri ve sinyallerin iletilmesi, bu nedenle, etkilenen hücrelerin yanı sıra bir bütün olarak organizmanın sağlığı için hayati önem taşır.
Sinyal İletimi Sırasında Ne Olur?
Hücre sinyalizasyonu üç temel aşamaya ayrılabilir:
- Resepsiyon: Hücre yüzeyindeki özel yapılar, bir sinyal molekülünün varlığını tespit eder veya ligand.
- transdüksiyon: Ligandın reseptöre bağlanması, hücrenin içinde bir sinyal veya basamaklı sinyal dizilerini başlatır.
- Tepki: Ligand tarafından işaret edilen mesaj ve etkilediği proteinler ve diğer elementler yorumlanır ve örneğin aracılığıyla gibi işleme konur. gen ifadesi veya düzenleme.
Organizmaların kendileri gibi, bir hücre sinyal iletim yolu, son derece basit veya nispeten karmaşık olabilir. sadece bir giriş veya sinyal içeren bazı senaryolar veya bir dizi ardışık, koordineli adım gerektiren diğerleri.
Örneğin bir bakteri, kendi alanındaki güvenlik tehditlerinin doğası üzerinde müzakere etme kapasitesinden yoksundur. ancak tüm prokaryotik hücrelerin kullandığı madde olan glikozun varlığını hissedebilir. Gıda.
Daha karmaşık organizmalar sinyalleri kullanarak büyüme faktörleri, hormonlar, nörotransmiterler ve hücreler arasındaki matrisin bileşenleri. Bu maddeler kan ve diğer kanallardan geçerek yakındaki hücreler üzerinde veya uzaktaki hücreler üzerinde hareket edebilirler. nörotransmitterler gibi dopamin ve serotonin bitişik sinir hücreleri (nöronlar) arasındaki veya aralarındaki küçük boşluklardan geçin. nöronlar ve kas hücreleri veya hedef bezler.
Hormonlar, beyinde salgılanan hormon molekülleri ile gonadlar, adrenal bezler ve diğer "uzaktaki" dokular üzerinde etki göstererek, genellikle özellikle uzun mesafelerde hareket eder.
Hücre Alıcıları: Sinyal İletim Yoluna Açılan Kapılar
Tıpkı enzimlerHücresel biyokimyasal reaksiyonun katalizörleri, belirli substrat moleküllerine özgüdür, hücrelerin yüzeylerindeki reseptörler belirli bir sinyal molekülüne özgüdür. Spesifiklik seviyesi değişebilir ve bazı moleküller, diğer moleküllerin güçlü bir şekilde aktive edebileceği reseptörleri zayıf bir şekilde aktive edebilir.
Örneğin opioid ağrı kesici ilaçlar vücuttaki doğal maddeler adı verilen bazı reseptörleri aktive eder. endorfinler de tetiklenir, ancak bu ilaçlar genellikle farmakolojik özellikleri nedeniyle çok daha güçlü bir etkiye sahiptir. terzilik.
Alıcılar proteinlerdir ve alım yüzeyde gerçekleşir. Alıcıları hücresel kapı zilleri olarak düşünün, bir kapı zili gibi. Kapı zilleri evinizin dışındadır ve onu aktive etmek, evinizdeki insanların kapıya cevap vermesine neden olur. Ancak kapı zilinin çalışması için, birinin zile basmak için parmağını kullanması gerekir.
Ligand, parmağa benzer. Kapı zili gibi reseptöre bağlandıktan sonra iç tıpkı kapı zilinin evin içindekileri harekete geçirmesi ve cevap vermesi gibi işler/sinyal iletimi kapı.
Ligand bağlama (ve kapı ziline basan parmak) süreç için gerekli olsa da, bu sadece başlangıçtır. Bir hücre reseptörüne bağlanan bir ligand, sinyali modifiye edilmesi gereken bir sürecin sadece başlangıcıdır. hücreye ve içinde bulunduğu organizmaya yardımcı olmak için güç, yön ve nihai etki. ikamet ediyor.
Alım: Bir Sinyal Algılama
Hücre zarı reseptörleri üç ana tip içerir:
- G-protein-bağlı reseptörler
- Enzim bağlantılı reseptörler
- iyon kanalı reseptörleri
Her durumda, alıcının aktivasyonu, alıcının dışından bir sinyal gönderen kimyasal bir kaskadı başlatır. hücreden veya hücre içindeki bir zardan, hücrenin fiili "beyni" olan çekirdeğe ve hücrenin bulunduğu yere onun Genetik materyal (DNA veya deoksiribonükleik asit).
Sinyaller çekirdeğe gider çünkü amaçları bir şekilde gen ekspresyonunu etkilemektir – genlerde bulunan kodların protein ürününe çevrilmesidir. genler için kod.
Sinyal çekirdeğe yakın herhangi bir yere ulaşmadan önce, reseptörde, orijininin yakınında yorumlanır ve değiştirilir. Bu değişiklik, amplifikasyonu içerebilir ikinci habercilerveya durum gerektiriyorsa sinyal gücünün hafif bir şekilde azalması anlamına gelebilir.
G-Protein-Birleştirilmiş Reseptörler
G proteinleri polipeditler benzersiz amino asit dizileri ile. Katıldıkları hücre sinyal iletim yolunda, genellikle reseptörün kendisini, reseptörle ilgili talimatları yerine getiren bir enzime bağlarlar.
Bunlar, bu durumda ikinci bir haberci kullanır siklik adenosin monofosfat (döngüsel AMP veya cAMP) sinyali yükseltmek ve yönlendirmek için. Diğer yaygın ikinci haberciler arasında nitrik oksit (NO) ve kalsiyum iyonu (Ca2+) bulunur.
Örneğin, molekülün reseptörü epinefrinUyarıcı tipteki adrenalin molekülü olarak daha kolay tanıdığınız, fiziksel değişikliklere neden olur. Epinefrin aktive ettiğinde hücre zarındaki ligand-reseptör kompleksine bitişik G-proteini alıcı.
Bu da, bir G-proteininin enzimi tetiklemesine neden olur. adenilil siklaz, bu da cAMP üretimine yol açar. cAMP daha sonra hücrenin karbonhidrat depolama formu olan glikojeni glikoza parçalayan bir enzimde bir artış "sipariş eder".
İkinci haberciler genellikle hücre DNA'sındaki farklı genlere farklı fakat tutarlı sinyaller gönderir. cAMP, glikojenin parçalanmasını gerektirdiğinde, aynı anda farklı bir enzim aracılığıyla glikojen üretiminde bir geri dönüş sinyali verir ve böylece nafile döngüler için potansiyel (bir havuzun bir ucuna su akıtırken diğer ucunu boşaltmaya çalışmak gibi zıt süreçlerin eşzamanlı olarak ortaya çıkması son).
Reseptör Tirozin Kinazlar (RTK'lar)
kinazlar alan enzimlerdir fosforilat moleküller. Bunu, bir fosfat grubunu ATP'den (adenosin trifosfat, AMP'ye eşdeğer bir molekül ve bir AMP'ye zaten sahip olan iki fosfat eklenmiş) farklı bir moleküle hareket ettirerek gerçekleştirirler. fosforilazlar benzerdir, ancak bu enzimler serbest fosfatları ATP'den almak yerine alırlar.
Hücre sinyali fizyolojisinde, RTK'ler, G-proteinlerinin aksine, enzimatik özelliklere de sahip olan reseptörlerdir. Kısacası, molekülün alıcı ucu zarın dışına dönükken, amino asit tirozinden yapılan kuyruk ucu hücre içindeki molekülleri fosforile etme yeteneğine sahiptir.
Bu, hücre çekirdeğindeki DNA'yı bir protein ürünü veya ürünlerinin üretimini yukarı regüle etmeye (artırmaya) veya aşağı regüle etmeye (azaltmaya) yönlendiren bir dizi reaksiyona yol açar. Belki de en iyi çalışılan bu tür reaksiyonlar zinciri, mitojenle aktive olan protein (MAP) kinaz kaskadıdır.
PTK'lardaki mutasyonların, belirli kanser türlerinin oluşumundan sorumlu olduğuna inanılmaktadır. Ayrıca, spesifik bağlama bağlı olarak fosforilasyonun hedef molekülleri aktive ettiği kadar inaktive edebileceği de not edilmelidir.
Ligandla Aktive Edilen İyon Kanalları
Bu kanallar, içinde bir "sulu gözenek" içerir. hücre zarı ve zara gömülü proteinlerden yapılır. Ortak nörotransmitter için reseptör asetilkolin böyle bir reseptörün bir örneğidir.
Hücre içinde kendi başına basamaklı bir sinyal üretmekten ziyade, reseptörüne bağlanan asetilkolin, kompleksteki gözeneklerin genişlemesine neden olarak, iyonlar (yüklü parçacıklar) hücreye akmak ve etkilerini protein sentezi üzerinde aşağı yönde uygulamak için.
Yanıt: Bir Kimyasal Sinyali Entegre Etme
Hücre-alıcı sinyal iletiminin bir parçası olarak meydana gelen eylemlerin tipik olarak "açık/kapalı" fenomenler olmadığını anlamak hayati önem taşır. yani, fosforilasyon veya bir molekülün defosforilasyonu, ne molekülün kendisinde ne de aşağı akış sinyali açısından olası yanıtların aralığını belirlemez.
Örneğin bazı moleküller birden fazla yerde fosforile edilebilir. Bu, bir elektrikli süpürgenin veya bir elektrikli süpürgenin yaptığı gibi, molekülün etkisinin daha sıkı modülasyonunu sağlar. birden fazla ayara sahip blender, ikili "açma/kapama"ya göre daha hedefli temizlik veya smoothie hazırlamaya izin verebilir değiştirmek.
Ek olarak, her hücrenin her türden birden fazla reseptörü vardır ve bunların her birinin yanıtı, yanıtın genel büyüklüğünü belirlemek için çekirdeğe veya ondan önce entegre edilmelidir. Genel olarak, reseptör aktivasyonu yanıtla orantılıdır, yani bir reseptöre ne kadar çok ligand bağlanırsa, hücre içindeki değişikliklerin o kadar belirgin olması muhtemeldir.
Bu nedenle, yüksek dozda bir ilaç aldığınızda, genellikle daha küçük bir dozdan daha güçlü bir etki gösterir. Daha fazla reseptör aktive olur, daha fazla cAMP veya fosforile hücre içi protein oluşur ve çekirdekte ne gerekiyorsa gerçekleşir (ve çoğu zaman daha hızlı olduğu kadar daha büyük bir ölçüde).
Gen İfadesi Üzerine Bir Not
Proteinler, DNA'nın hareket eden haberci RNA formunda önceden kodlanmış bilgilerinin kodlanmış bir kopyasını oluşturmasından sonra yapılır. çekirdeğin dışında, proteinlerin aslında verilen talimatlara göre amino asitlerden yapıldığı ribozomlara tarafından mRNA.
Bir DNA şablonundan mRNA yapma işlemine ne ad verilir? transkripsiyon. adı verilen proteinler Transkripsiyon faktörleri çeşitli bağımsız veya eşzamanlı transdüksiyon sinyallerinin girişinin bir sonucu olarak yukarı veya aşağı regüle edilebilir. Sonuç olarak, gen dizisinin (DNA uzunluğu) kodladığı proteinin farklı bir miktarı sentezlenir.