Зырить аржан for Передача сигнала в клетке


'''Передача сигнала в клетке'''
{{YouTube|B5nxdwkyPXg|width=300|height=250}}

== Общие сведения ==
Передача сигнала между клетками представляет собой фундаментальный физиологический процесс, обеспечивающий согласованную работу всего организма. Для адекватного функционирования биологических систем необходим постоянный обмен информацией, который может осуществляться различными путями, включая химическую и электрическую передачу. На клеточном уровне восприятие внешнего сигнала инициирует сложный каскад биохимических реакций, приводящий к изменению активности эффекторных молекул, модуляции генной экспрессии и корректировке клеточного метаболизма.

== Биохимические основы регуляции ==
Важнейшим механизмом регуляции активности внутриклеточных белков является их фосфорилирование. Этот процесс осуществляется специфическими ферментами — протеинкиназами, которые переносят фосфатную группу от молекулы аденозинтрифосфата на белок-мишень. Аденозинтрифосфат выступает в роли универсальной энергетической молекулы, через которую осуществляется трансляция внутриклеточных сигналов. Присоединение отрицательно заряженного фосфата вызывает конформационные изменения в структуре белка, что напрямую влияет на его функциональную активность. Противоположный процесс дефосфорилирования приводит к инактивации или изменению свойств мишени. В клетках часто функционируют многоступенчатые киназные каскады, в которых одна киназа активирует последующую. Это создает эффект лавинообразного усиления сигнала, как это происходит в мапкиназном каскаде или каскаде фосфоинозитид-3-киназы. Кроме фосфорилирования, важную роль играет процесс направленного расщепления белков. Присоединение небольшого белка убиквитина с помощью ферментов убиквитинлигаз служит меткой для последующей деградации эффекторной молекулы, что также является строгим способом регуляции внутриклеточных процессов.

== Рецепторные системы и факторы транскрипции ==
В основе распознавания сигналов лежит взаимодействие специфических молекул, называемых лигандами, с соответствующими рецепторами. Рецепторы представляют собой белковые структуры, обладающие высокой специфичностью к определенным химическим соединениям. Для клеток иммунной системы лигандами служат антигены, а для клеток эндокринной системы — разнообразные гормоны. Липофильные соединения, такие как глюкокортикоиды, половые гормоны и витамин D, способны свободно проникать через фосфолипидный бислой клеточной мембраны и связываться с внутриклеточными рецепторами в цитозоле. Образовавшийся лиганд-рецепторный комплекс перемещается в клеточное ядро, где взаимодействует со специфическими участками дезоксирибонуклеиновой кислоты, выступая в роли фактора транскрипции. Это приводит к прямой регуляции экспрессии генов: синтез одних белков может целенаправленно подавляться, а транскрипция других — активизироваться.

== Поверхностные мембранные рецепторы и G-белки ==
Крупные или гидрофильные молекулы не способны проникать внутрь клетки и воздействуют исключительно на поверхностные мембранные рецепторы. Подобные рецепторы обычно состоят из трех доменов: внеклеточного, ответственного за связывание лиганда, трансмембранного, закрепляющего структуру в липидном бислое, и внутриклеточного, передающего сигнал в цитоплазму. Значительный класс таких структур функционирует через сопряжение с G-белками. Гетеротримерные G-белки состоят из альфа, бета и гамма субъединиц. В неактивном состоянии альфа-субъединица связана с гуанозиндифосфатом. Присоединение лиганда к рецептору вызывает изменение конформации мембранного белка, что способствует замене гуанозиндифосфата на гуанозинтрифосфат. В результате альфа-субъединица активируется, отделяется от бета-гамма димера и приобретает способность воздействовать на ферменты-эффекторы. Сигнал прекращается благодаря собственной ферментативной активности альфа-субъединицы, которая расщепляет гуанозинтрифосфат обратно до гуанозиндифосфата, после чего гетеротримерный комплекс воссоединяется. Патофизиологическое значение этого механизма можно проследить на примере бактериальных инфекций. Холерный и коклюшный токсины модифицируют G-белки, препятствуя их инактивации и вызывая неконтролируемую работу клеточных эффекторов.

== Система вторичных посредников ==
Активированные субъединицы G-белков часто воздействуют на фермент аденилатциклазу, которая катализирует образование циклического аденозинмонофосфата из аденозинтрифосфата. Циклический аденозинмонофосфат функционирует как важнейший внутриклеточный медиатор. Основной мишенью этого вещества является протеинкиназа А, которая фосфорилирует разнообразные ионные каналы, транспортные белки и ферменты. Кроме того, данная протеинкиназа фосфорилирует фактор транскрипции CREB, инициируя экспрессию специфических генов. Регуляция концентрации циклического нуклеотида осуществляется ферментом фосфодиэстеразой, которая расщепляет его до неактивной формы. Подавление фосфодиэстеразы стимуляторами, например кофеином, приводит к накоплению циклического аденозинмонофосфата и усилению активности клетки. Токсин холерного вибриона вызывает необратимую активацию G-белка в эпителии кишечника, что ведет к гиперактивности аденилатциклазы, открытию хлорных каналов и массивному выходу ионов натрия, хлора и воды в просвет органа, приводя к тяжелейшей диарее. Альтернативным сигнальным путем является система гуанилатциклазы, которая вырабатывает циклический гуанозинмонофосфат для активации протеинкиназы G. На растворимую форму гуанилатциклазы воздействует оксид азота — газообразный медиатор, синтезируемый ферментами NO-синтазами из аминокислоты аргинина. Оксид азота играет критическую роль в регуляции сосудистого тонуса, апоптозе и нейрональной передаче.

== Роль кальция во внутриклеточной сигнализации ==
Ионы кальция представляют собой универсальный химический мессенджер. В нормальных условиях потенциалзависимые кальциевые каналы закрыты. Сигналы от рецепторов активируют фермент фосфолипазу С, которая отщепляет от мембранных фосфолипидов инозитолтрифосфат и диацилглицерол. Инозитолтрифосфат связывается с кальциевыми каналами эндоплазматического ретикулума, способствуя мощному выбросу депонированного кальция в цитоплазму. Диацилглицерол совместно с кальцием активирует протеинкиназу С, которая модифицирует транспортные белки и управляет перестройкой цитоскелета. Внутриклеточный кальций также связывается со специфическим белком кальмодулином. Комплекс кальций-кальмодулин стимулирует фосфатазу кальциневрин, которая дефосфорилирует ядерный фактор активированных Т-клеток, позволяя ему проникнуть в ядро для изменения транскрипции генов. Биологическое действие кальция строго зависит от характера изменения его концентрации. Кальциевые осцилляции, характеризующиеся периодическими колебаниями уровня ионов, стимулируют экспрессию генов и клеточную пролиферацию. Напротив, стабильно высокая концентрация кальция вызывает разрушение липидных структур мембран и запускает апоптоз.

== Системы тирозинкиназ и малые G-белки ==
Регуляция клеточного роста тесно связана с мембранными рецепторными тирозинкиназами. Присоединение ростового фактора к такому рецептору вызывает его первичную активацию и аутофосфорилирование. Фосфорилированные остатки тирозина служат центрами связывания для специфических адаптерных белков, например белка Grb2. Формирование этого сигнального комплекса приводит к активации малых G-белков, классическим представителем которых является белок Ras. В отличие от гетеротримерных комплексов, малые G-белки активируются под действием факторов обмена гуаниловых нуклеотидов, таких как белок SOS, которые способствуют замещению гуанозиндифосфата на гуанозинтрифосфат. Активный белок Ras запускает каскад мапкиназ, модулирующий синтез протеинов. Другим важным путем является активация фосфоинозитид-3-киназы, синтезирующей специфические фосфолипиды клеточной мембраны, к которым присоединяются протеинкиназа B и зависимые киназы. Активированная протеинкиназа B регулирует метаболизм, влияет на ширину кровеносных сосудов через стимуляцию синтеза оксида азота и ингибирует проапоптотические белки.

== Апоптоз и некроз ==
Сложные внутриклеточные каскады могут инициировать не только деление, но и гибель клетки. Апоптоз представляет собой генетически запрограммированное самоуничтожение, сопровождающееся сжатием клетки, фрагментацией молекул дезоксирибонуклеиновой кислоты и конденсацией ядерного хроматина. В процессе апоптоза на наружной поверхности клеточной мембраны накапливается фосфатидилсерин, который служит распознавательным сигналом для макрофагов. Макрофаги фагоцитируют апоптотические тельца до высвобождения внутриклеточного содержимого, благодаря чему предотвращается развитие воспаления. Центральную роль в исполнении апоптоза играют протеазы семейства каспаз, в частности каспаза 3. Сигнал к апоптозу может поступать от поверхностных рецепторов смерти или формироваться внутри клетки под влиянием стрессовых факторов, ионизирующего излучения или цитостатических препаратов. Внутренний путь гибели регулируется белками семейства Bcl-2, которые провоцируют выход цитохрома С из деполяризованных митохондрий с последующей активацией каспаз. В противоположность апоптозу, некроз представляет собой патологическое разрушение клетки под действием повреждающих агентов. При некрозе происходит разрыв мембраны и выход цитозольных белков в межклеточное пространство, что неизбежно приводит к формированию очага воспаления.

== Эйкозаноиды и воспалительные процессы ==
Локальная сигнализация при повреждениях тканей базируется на метаболизме ненасыщенных жирных кислот. Под действием фермента фосфолипазы А2 из фосфолипидов мембраны высвобождается арахидоновая кислота. Фермент циклооксигеназа преобразует арахидоновую кислоту в простагландины и тромбоксаны. Конститутивная циклооксигеназа первого типа функционирует постоянно, выполняя защитные задачи, например, оберегая слизистую оболочку желудка от воздействия соляной кислоты. В зоне повреждения индуцируется экспрессия циклооксигеназы второго типа, которая синтезирует избыточное количество простагландинов. Простагландины выступают ключевыми медиаторами воспаления: они вызывают локальное расширение сосудов для улучшения доставки кислорода и иммунных клеток, повышают температуру и стимулируют болевые рецепторы. Тромбоксаны параллельно усиливают свертываемость крови и агрегацию тромбоцитов. Фармакологическая блокада циклооксигеназы нестероидными противовоспалительными средствами подавляет синтез простагландинов, эффективно устраняя болевой синдром и гипертермию. Однако системное подавление физиологических простагландинов чревато развитием язвенных поражений желудочно-кишечного тракта и нарушениями свертываемости. Альтернативный путь метаболизма арахидоновой кислоты осуществляется с помощью липоксигеназ, которые катализируют образование лейкотриенов, принимающих участие в поддержании воспалительных процессов и способных вызывать затруднение дыхания.

== См. также ==

[[Поддержание положения тела в пространстве]]

[[Category:Физиология человека]]
[[Category:Анатомия человека]]

[https://www.youtube.com/watch?v=B5nxdwkyPXg Смотреть видео]