opis transdukcji sygnału
jako organizmy żywe nieustannie odbieramy i interpretujemy sygnały z naszego środowiska. Sygnały te mogą mieć postać światła, ciepła, zapachów, dotyku lub dźwięku. Komórki naszego ciała również stale odbierają sygnały z innych komórek. Sygnały te są ważne, aby utrzymać komórki żywe i funkcjonujące, jak również stymulować ważne wydarzenia, takie jak podział i różnicowanie komórek.,
sygnały są najczęściej substancjami chemicznymi, które można znaleźć w płynie zewnątrzkomórkowym wokół komórek. Substancje te mogą pochodzić z odległych miejsc w organizmie (sygnalizacja hormonalna), z pobliskich komórek (sygnalizacja parakrynna) lub nawet mogą być wydzielane przez tę samą komórkę (sygnalizacja autokrynna).
rysunek \(\PageIndex{1}\)., (CC BY-NC-SA)
cząsteczki sygnałowe mogą wywołać dowolną liczbę odpowiedzi komórkowych, w tym zmienić metabolizm komórki odbierającej sygnał lub spowodować zmianę ekspresji genu (transkrypcji) w jądrze komórki lub obu.
przegląd sygnalizacji komórkowej
sygnalizację komórkową można podzielić na 3 etapy.
1. Odbiór: komórka wykrywa cząsteczkę sygnalizacyjną z zewnątrz komórki. Sygnał jest wykrywany, gdy sygnał chemiczny (znany również jako ligand) wiąże się z białkiem receptora na powierzchni komórki lub wewnątrz komórki.
2., Transdukcja: gdy cząsteczka sygnalizacyjna wiąże receptor, zmienia w jakiś sposób białko receptorowe. Zmiana ta inicjuje proces transdukcji. Transdukcja sygnału jest zwykle ścieżką kilku kroków. Każda cząsteczka przekaźnika w szlaku transdukcji sygnału zmienia następną cząsteczkę w szlaku.
3. Odpowiedź: wreszcie, sygnał wyzwala określoną odpowiedź komórkową.
rysunek \(\PageIndex{2}\)., (CC BY-NC-SA)
odbiór
receptory membranowe działają poprzez wiązanie cząsteczki sygnału (ligand) i powodowanie produkcji drugiego sygnału (znanego również jako drugi posłaniec), który następnie powoduje odpowiedź komórkową. Receptory tego typu przekazują informacje ze środowiska pozakomórkowego do wnętrza komórki poprzez zmianę kształtu lub połączenie z innym białkiem, gdy wiąże się z nim określony ligand. Przykładami receptorów błonowych są receptory sprzężone z białkami G i receptory kinazy tyrozynowej.
rysunek \(\PageIndex{3}\)., (CC BY-NC-SA)
receptory wewnątrzkomórkowe znajdują się wewnątrz komórki, w cytopolazmie lub w jądrze komórki docelowej (komórki odbierającej sygnał). Przekaźniki chemiczne, które są hydrofobowe lub bardzo małe (na przykład hormony steroidowe) mogą przejść przez błonę osocza bez pomocy i wiązać te receptory wewnątrzkomórkowe. Po związaniu i aktywacji przez cząsteczkę sygnału aktywowany receptor może zainicjować odpowiedź komórkową, taką jak zmiana ekspresji genu.
rysunek \(\PageIndex{3}\)., (CC BY-NC-SA)
Transdukcja
ponieważ systemy sygnalizacyjne muszą reagować na małe stężenia sygnałów chemicznych i działać szybko, komórki często używają ścieżki wieloetapowej, która szybko przesyła sygnał, Wzmacniając sygnał do wielu cząsteczek na każdym kroku.
etapy w szlaku transdukcji sygnału często wiążą się z dodaniem lub usunięciem grup fosforanowych, co skutkuje aktywacją białek. Enzymy przenoszące grupy fosforanowe z ATP do białka nazywane są kinazami białkowymi., Wiele cząsteczek przekaźnikowych w szlaku transdukcji sygnału to kinazy białkowe i często działają na inne kinazy białkowe w szlaku. Często tworzy to kaskadę fosforylacji, w której jeden enzym fosforyluje inny, który następnie fosforyluje inne białko, powodując reakcję łańcuchową.
ważną dla kaskady fosforylacji jest również grupa białek znanych jako fosfatazy białkowe. Fosfatazy białkowe są enzymami, które mogą szybko usuwać grupy fosforanowe z białek (defosforylacja), a tym samym inaktywować kinazy białkowe., Fosfatazy białkowe są „wyłącznikiem” w szlaku transdukcji sygnału. Wyłączenie ścieżki transdukcji sygnału, gdy sygnał nie jest już obecny, jest ważne, aby zapewnić odpowiednią regulację odpowiedzi komórkowej. Defosforylacja również sprawia, że kinazy białkowe dostępne do ponownego użycia i umożliwia komórce odpowiedzieć ponownie, gdy inny sygnał jest odbierany.
kinazy nie są jedynymi narzędziami wykorzystywanymi przez komórki w transdukcji sygnału., Małe, nieproteinowe, rozpuszczalne w wodzie cząsteczki lub jony zwane drugimi posłańcami (ligand wiążący receptor jest pierwszym posłańcem)mogą również przekazywać sygnały odbierane przez receptory na powierzchni komórki do cząsteczek docelowych w cytoplazmie lub jądrze. Przykładami wtórnych przekaźników są cykliczne jony AMP (cAMP) i jony wapnia.
rysunek \(\PageIndex{4}\). (CC BY-NC-SA)
odpowiedź
sygnalizacja komórkowa ostatecznie prowadzi do regulacji jednej lub więcej aktywności komórkowej., Regulacja ekspresji genów (Włączanie lub wyłączanie transkrypcji określonych genów) jest częstym wynikiem sygnalizacji komórkowej. Szlak sygnałowy może również regulować aktywność białka, na przykład otwierając lub zamykając kanał jonowy w błonie osocza lub promując zmiany w metabolizmie komórkowym, takie jak katalizowanie rozpadu glikogenu. Szlaki sygnałowe mogą również prowadzić do ważnych zdarzeń komórkowych, takich jak podział komórek lub apoptoza (zaprogramowana śmierć komórki).