Przekazywanie sygnału

W transdukcji sygnałów i przetwarzania sygnału , przekazywanie sygnału lub transmisji sygnału w są Biochemii i fizjologia procesach, o których mowa, za pomocą którego komórki , na przykład, zewnętrzne bodźce reagują przekształcają je przekazywać jako sygnał do wnętrza komórki i prowadzonych przez łańcuch sygnału na działanie komórek. Wiele enzymów i wtórnych substancji Messenger ( wtórne przekaźniki ) są często uczestniczą w tych procesach , na jednym poziomie lub na kilku poziomach połączonych w sposób ciągły (kaskady sygnałowej). W pewnych okolicznościach oryginalny sygnał może zostać znacznie wzmocniony (wzmocnienie sygnału). Sygnały z różnych szlaków sygnałowych są często powiązane ze sobą i integrowane przez „przesłuch” w cytoplazmie lub w jądrze komórkowym . Całość wszystkich ścieżek sygnałowych w typie komórki jest również nazywana jej siecią sygnałową . Sieci sygnałowe są plastikowe i różnią się np. B. na różnych etapach rozwoju organizmu .

Procesy transdukcji sygnału mają zasadnicze znaczenie dla organizmów jednokomórkowych , aby mogły reagować na zmiany w ich środowisku, na przykład regulując metabolizm i ekspresję genów oraz aby zapewnić przetrwanie. W organizmach wielokomórkowych transdukcja sygnału komórkowego jest również ważnym krokiem zarówno w przetwarzaniu sygnałów, które są przekazywane za pośrednictwem pozakomórkowych substancji przekaźnikowych, takich jak hormony i neuroprzekaźniki , jak również w absorpcji bodźców wewnętrznych (np. Ciśnienie krwi ) i zewnętrznych (np. . widząc , słysząc , wąchając ). Do ważnych procesów biologicznych, które są zasadniczo regulowane przez transdukcję sygnału, należą: Transkrypcji genu , proliferacji komórki , reakcja immunologiczna , węchowe percepcji , percepcji światła i skurczu mięśni .

stymulacja

Rozpoczęcie procesu transdukcji sygnału jest inicjowane lub wyzwalane przez bodziec wewnątrzkomórkowy lub zewnątrzkomórkowy.

Bodźcami pozakomórkowymi mogą być substancje, takie jak hormony , czynniki wzrostu , macierz pozakomórkowa , cytokiny , chemokiny , neuroprzekaźniki i neurotrofiny . Ale nie powiedziano nic o naturze molekularnej tych substancji, a cząsteczkami sygnałowymi mogą być całe białka , steroidy lub małe cząsteczki organiczne, takie jak serotonina . Ponadto bodźce środowiskowe mogą ustawić transdukcji sygnału w ruchu: falami elektromagnetycznymi (światło) stymulowania komórek w siatkówce , aromaty , wiążą się z receptory węchowe w komórki węchowe w nosie, wahania ciepła są wykrywane przez neurony czuciowe i słuchowych komórek rzęsatych reakcji na bodźce mechaniczne ( fale dźwiękowe ).

Bodźce wewnątrzkomórkowe, takie jak B. jony wapnia (Ca 2+ ) same często wchodzą w skład kaskad transdukcji sygnału.

Przyjęcie

Sygnały pozakomórkowe są rejestrowane za pomocą cząsteczek białka w błonie lub cytozolu komórki, tzw. Receptorów , a następnie przekształcane na sygnały wewnątrzkomórkowe i przetwarzane. Receptory można różnicować w zależności od ich lokalizacji, struktury i funkcji.

Receptory cytozolowe

Cytosolowe receptory, takie jak receptorów steroidowych , retinoidów receptory i rozpuszczalne cyklazy guanylowej , są głównymi celami steroidów , retinoidy i małych rozpuszczalnych gazów, takich jak tlenek azotu (NO) i tlenku węgla (CO), które przechodzą przez błonę komórkową, ze względu na ich lipofilowość lub ich mały rozmiar cząsteczki mogą. Aktywacja receptorów steroidowych prowadzi np. Do powstania dimerów receptorów, które po związaniu się z elementem odpowiedzi np. B. Element odpowiedzi na sterol (SRE) działa jako czynniki transkrypcyjne w samym DNA .

Receptory związane z błoną

Receptory związane z błoną to białka, które jako białka transbłonowe obejmują błonę i mają zarówno domenę zewnętrzną, jak i wewnętrzną. Umożliwia im to wiązanie cząsteczek sygnałowych poza komórką i wyzwalanie sygnału wewnątrz komórki poprzez związaną z tym zmianę konformacji . Cząsteczka sygnałowa nie przechodzi przez błonę, ale wiąże się z domeną zewnątrzkomórkową, co prowadzi do zmian biochemicznych w cząsteczce receptora, które mają również działanie wewnątrzkomórkowe. Cząsteczki sygnałowe to głównie substancje hydrofilowe w środowisku wodnym, takie jak jony , neuroprzekaźniki , hormony peptydowe lub czynniki wzrostu . Te receptory błonowe można z grubsza przypisać do trzech grup.

Kanały jonowe

Można rozróżnić kanały jonowe kontrolowane napięciem, kontrolowane światłem i kontrolowane przez ligand. Te ostatnie to białka transbłonowe, które są aktywowane lub dezaktywowane w wyniku wiązania liganda jako substancji sygnałowej, przez co przepuszczalność (przepuszczalność) błony dla pewnych jonów jest zwiększona lub zmniejszona. Jest to szczególnie ważne przy przekazywaniu sygnałów nerwowych do synaps chemicznych .

Receptory sprzężone z białkiem G.

Transmisja sygnału przez receptor, białko G, cyklazę adenylową, cAMP, kinazę A, czynnik transkrypcyjny

Szlaki sygnalizacyjne za pośrednictwem białek G należą do najlepiej zbadanych szlaków przekazywania sygnałów . Biorą udział w wielu sensorycznych procesach fizjologicznych, takich jak wzrok (poprzez fototransdukcję ), zapach i smak, a także działanie wielu hormonów i neuroprzekaźników. Aktywowany receptor sprzężony z białkiem G działa poprzez stymulowanie podjednostki α heterotrimerycznego białka G do wymiany związanego GDP na GTP (tj. Czynnik wymiany GTP ), po czym białko G jest dzielone na podjednostki α i βγ rozpady (te dwie aktywowane podjednostki następnie przekazują sygnał dalej).

Na przykład, G S / olf białka aktywacji cyklazy adenylanowej , który syntetyzuje się kinazy białkowej A -activating drugiego przekaźnika cykliczny monofosforan adenozyny (cAMP). Białka G q / 11 aktywują fosfolipazę C , która z lipidów błonowych tworzy drugie przekaźniki, trifosforan inozytolu i diacyloglicerol. Białka G 12/13 mogą regulować różne inne szlaki przekazywania sygnałów poprzez aktywację Rho-GTPazy . Białka G i / o mogą z jednej strony hamować cyklazę adenylową poprzez swoją podjednostkę α, az drugiej strony stymulować kinazę 3-fosfoinozytydu poprzez swoją podjednostkę βγ .

Szlaki sygnalizacyjne powiązane z enzymami

Receptory sprzężone z enzymami to trzecia ważna grupa receptorów na powierzchni komórki i można je podzielić na sześć klas:

Przekazywanie sygnału

Z każdego z wyżej wymienionych typów receptorów mogą pochodzić różne szlaki sygnałowe. Faktycznym zadaniem transdukcji sygnału jest przekazywanie (transdukcja) zewnętrznych lub wewnętrznych sygnałów wychwytywanych przez receptor do białek efektorowych w komórce. Odbywa się to poprzez skoordynowane interakcje białko-białko i aktywację pośrednich białek sygnałowych, które z kolei mogą aktywować dalsze wewnątrzkomórkowe białka sygnałowe. Podczas transdukcji sygnału sygnał jest często wzmacniany w ten sposób, że aktywowana cząsteczka białka może aktywować kilka cząsteczek efektorowych. Na przykład pojedyncza aktywowana fotonami cząsteczka rodopsyny ( fotoreceptor w siatkówce odpowiedzialna za widzenie) może aktywować do 2000 cząsteczek transducyny .

Drugi Posłaniec

Szczególne znaczenie mają drugie posłańcy , które są wtórnymi substancjami przekaźnikowymi metabolizmu komórkowego. Dobrze znanymi przykładami są cykliczny monofosforan adenozyny (cAMP), cykliczny monofosforan guanozyny (cGMP), trifosforan inozytolu (IP 3 ), diacyloglicerol (DAG) i jony wapnia (Ca 2+ ). Reprezentują stacje pośrednie w transdukcji sygnału i mogą z kolei aktywować różne ścieżki sygnałowe. Dlatego nadają się jako interfejsy dla różnych ścieżek transdukcji sygnału i odgrywają ważną rolę w badaniach nad procesami transdukcji sygnału. Wiele szlaków transdukcji sygnału jest ze sobą połączonych i umożliwia także reakcje komórkowe .

Modyfikacja białek sygnałowych

Znamy teraz różne zdarzenia, które zmieniają konformację białka sygnałowego:

  1. Fosforylacja przez kinazy lub defosforylacja przez fosfatazy ,
  2. bezpośrednia interakcja między dwoma białkami,
  3. wiązania nukleotydów PKB i GTP lub cyklicznych nukleotydów, takie jak cAMP i cGMP oraz
  4. inne zdarzenia, takie jak wiązanie jonów wapnia i acetylacja .

Procesy sygnałowe są często możliwe tylko poprzez rekrutację białek sygnałowych do określonych przedziałów komórkowych lub poprzez lokalną akumulację i wiązanie z ich partnerami reakcji („ kompleksy sygnałowe”) lub białka zrębowe („rusztowania”).

Transmisja sygnału poprzez proteolizę

Na przykład niektóre szlaki sygnałowe, które są ważne dla morfogenezy lub apoptozy , są oparte na proteolizie . Tutaj jedno białko sygnałowe dzieli się na inne, a tym samym prowadzi do aktywacji. Szlaki sygnalizacyjne podstawie proteolizy obejmować ścieżkę Notch sygnału , na ścieżkę sygnałową Wnt , na szlak sygnałowy Hedgehog , The NF-kB szlak sygnałowy i ścieżek sygnału w apoptozę .

Aktywacja białek efektorowych

Celem procesu transdukcji sygnału jest aktywacja białek efektorowych, które wyzwalają specyficzną odpowiedź komórkową. Białka efektorowe to na przykład czynniki transkrypcyjne, które aktywują transkrypcję niektórych genów.

literatura

linki internetowe

Commons : Przekazywanie sygnału  - zbiór obrazów, filmów i plików audio