Descrizione della trasduzione del segnale

Come organismi viventi riceviamo e interpretiamo costantemente segnali dal nostro ambiente. Questi segnali possono venire sotto forma di luce, calore, odori, tatto o suono. Anche le cellule dei nostri corpi ricevono costantemente segnali da altre cellule. Questi segnali sono importanti per mantenere le cellule vive e funzionanti, nonché per stimolare eventi importanti come la divisione cellulare e la differenziazione.,

I segnali sono spesso sostanze chimiche che possono essere trovate nel fluido extracellulare intorno alle cellule. Queste sostanze chimiche possono provenire da luoghi lontani nel corpo (segnalazione endocrina da ormoni), da cellule vicine (segnalazione paracrina) o possono anche essere secrete dalla stessa cellula (segnalazione autocrina).

Figura \(\PageIndex{1}\)., (CC BY-NC-SA)

Le molecole di segnalazione possono innescare qualsiasi numero di risposte cellulari, incluso il cambiamento del metabolismo della cellula che riceve il segnale o il risultato in un cambiamento nell’espressione genica (trascrizione) all’interno del nucleo della cellula o di entrambi.

Panoramica della segnalazione cellulare

La segnalazione cellulare può essere suddivisa in 3 fasi.

1. Ricezione: Una cellula rileva una molecola di segnalazione dall’esterno della cellula. Un segnale viene rilevato quando il segnale chimico (noto anche come ligando) si lega a una proteina recettoriale sulla superficie della cellula o all’interno della cellula.

2., Trasduzione: Quando la molecola di segnalazione lega il recettore cambia la proteina del recettore in qualche modo. Questo cambiamento avvia il processo di trasduzione. La trasduzione del segnale è solitamente una via di parecchi punti. Ogni molecola del relè nella via di trasduzione del segnale cambia la molecola seguente nella via.

3. Risposta: Infine, il segnale innesca una specifica risposta cellulare.

Figura \(\PageIndex{2}\)., (CC BY-NC-SA)

Ricezione

I recettori di membrana funzionano legando la molecola del segnale (ligando) e causando la produzione di un secondo segnale (noto anche come secondo messaggero) che provoca quindi una risposta cellulare. Questi tipi di recettori trasmettono informazioni dall’ambiente extracellulare all’interno della cellula cambiando forma o unendosi con un’altra proteina una volta che un ligando specifico si lega ad esso. Esempi di recettori di membrana includono recettori accoppiati alla proteina G e recettori tirosin chinasi.

Figura \(\PageIndex{3}\)., (CC BY-NC-SA)

I recettori intracellulari si trovano all’interno della cellula, nel citopolasma o nel nucleo della cellula bersaglio (la cellula che riceve il segnale). I messaggeri chimici che sono idrofobi o molto piccoli (ormoni steroidei per esempio) possono passare attraverso la membrana plasmatica senza assistenza e legare questi recettori intracellulari. Una volta legato e attivato dalla molecola del segnale, il recettore attivato può avviare una risposta cellulare, come un cambiamento nell’espressione genica.

Figura \(\PageIndex{3}\)., (CC BY-NC-SA)

Trasduzione

Poiché i sistemi di segnalazione devono essere sensibili a piccole concentrazioni di segnali chimici e agire rapidamente, le cellule spesso utilizzano un percorso multi-step che trasmette rapidamente il segnale, amplificando il segnale a numerose molecole ad ogni passo.

I passaggi nella via di trasduzione del segnale spesso comportano l’aggiunta o la rimozione di gruppi fosfatici che si traduce nell’attivazione delle proteine. Gli enzimi che trasferiscono i gruppi fosfatici dall’ATP a una proteina sono chiamati protein chinasi., Molte delle molecole del relè in una via di trasduzione del segnale sono chinasi proteiche e spesso agiscono su altre chinasi proteiche nella via. Spesso questo crea una cascata di fosforilazione, dove un enzima fosforila un altro, che poi fosforila un’altra proteina, causando una reazione a catena.

Anche importanti per la cascata di fosforilazione sono un gruppo di proteine note come fosfatasi proteiche. Le fosfatasi proteiche sono enzimi che possono rimuovere rapidamente i gruppi fosfatici dalle proteine (defosforilazione) e quindi inattivare le protein chinasi., Le fosfatasi proteiche sono l ‘”interruttore spento” nella via di trasduzione del segnale. Spegnere il percorso di trasduzione del segnale quando il segnale non è più presente è importante per garantire che la risposta cellulare sia regolata in modo appropriato. La defosforilazione rende anche disponibili le protein chinasi per il riutilizzo e consente alla cellula di rispondere nuovamente quando viene ricevuto un altro segnale.

Le chinasi non sono gli unici strumenti utilizzati dalle cellule nella trasduzione del segnale., Piccole molecole o ioni non proteici solubili in acqua chiamati secondi messaggeri (il ligando che lega il recettore è il primo messaggero) possono anche trasmettere segnali ricevuti dai recettori sulla superficie cellulare per indirizzare le molecole nel citoplasma o nel nucleo. Esempi di secondi messaggeri includono AMP ciclico (CAMP) e ioni calcio.

Figura \(\PageIndex{4}\). (CC BY-NC-SA)

Risposta

La segnalazione cellulare porta alla regolazione di una o più attività cellulari., La regolazione dell’espressione genica (attivazione o disattivazione della trascrizione di geni specifici) è un risultato comune della segnalazione cellulare. Una via di segnalazione può anche regolare l’attività di una proteina, ad esempio aprendo o chiudendo un canale ionico nella membrana plasmatica o promuovendo un cambiamento nel metabolismo cellulare come catalizzare la disgregazione del glicogeno. Le vie di segnalazione possono anche portare a importanti eventi cellulari come la divisione cellulare o l’apoptosi (morte cellulare programmata).