Передача сигнала внутри клетки

Клеточная сигнализация, передача сигнала в клетке, Cell signaling

Cell signaling (передача сигнала в клетке) - это часть сложной системы коммуникации, которая управляет основными клеточными процессами и координирует действия клетки. Возможность клеток корректно отвечать на изменения окружающей их среды (microenvironment) является основой развития, репарации тканей, иммунитета и системы поддержания гомеостаза в целом. Ошибки в системах обработки клеточной информации могут привести к раку, аутоиммунным заболеваниям и диабету. Понимание механизмов передачи сигнала внутри клетки может привести к разработке методов лечения заболеваний и даже созданию искусственных тканей.

Традиционно биологические исследования сфокусированы на изучении отдельных частей системы передачи сигнала. Они помогают нам понять структуру сигнальных систем клетки в целом, и как изменения в них могут повлиять на передачу и утечку информации. Такие системы являются сложно организованными комплексами и обладают такими качествами, как ультрачувствительность и бистабильность (возможность находиться в одном из двух существующих состояний). Анализ систем передачи сигнала в клетке затрагивает комбинацию экспериментальных и теоретических исследований, включая развитие и анализ моделей и симуляторов.

Аденилатциклазная система

Схема взаимодействия адреналина с рецептором; активация G-белка; его присоединение к аденилатциклазе; синтез цАМФ

Протеинкиназа А и киназа фосфорилазы

Киназа фосфорилазы, гликогенфосфорилаза и гликоген

В данном случае аденилатциклазная система рассматривается на примере действия адреналина на клетки печени. Адреналин вызывает в организме эффект, называемый «fight or flight» (бой или бегство) — усиливается тонус мышц, увеличивается частота сердечных сокращений. Для мобилизации организма требуется повышение концентрации глюкозы в крови. Связывание адреналина с рецепторами на поверхности клеток печени запускает распад гликогена, запасенного в клетках печени и высвобождение глюкозы.

Активация

• Адреналин связывается с β2-адренорецептором на плазматической мембране клеток печени. В результате связывания лиганда с внешней стороны плазматической мембраны, изменяется конформация всего адренорецептора и активируется сопряженный с адренорецептором, внутриклеточный G-белок.
• В неактивном состоянии G-белок связан с молекулой ГДФ. После активации ГДФ заменяется на ГТФ, а G-белок разделяется на две части.
• Активная часть G-белка присоединяется к ферменту аденилатциклазе и активирует ее. Аденилатциклаза катализирует превращение АТФ в цАМФ.
• цАМФ — является вторичным посредником этой цепи передачи сигнала в клетке. Далее цАМФ распространяется по всей клетке и связывается с цАМФ-зависимой протеинкиназой А, причем с одной молекулой протеинкиназы связвается 4 молекулы цАМФ.
• Активированная протеинкиназа А разделяется на четыре части, две из которых обладают каталитическими активностями. Каждая из каталитических субъединиц способна фосфорилировать киназу фосфорилазы, активируя ее.
• Наконец, киназа фосфорилазы фосфорилирует гликогенфосфорилазу
• Активированная гликогенфосфорилаза расщепляет гликоген, при этом образуется глюкозо-1-фосфат, которая поступает в кровь.

Особенность этой системы передачи сигнала в клетке состоит в том, что сигнал на большинстве этапов (кроме этапа активации протеинкизаны А молекулами цАМФ) усиливается, например, активированная аденилатциклаза синтезирует множество молекул цАМФ. В результате взаимодействия одной молекулы адреналина с рецептором в плазматической мембране клетки печени, в кровь выводится около 10 миллионов молекул глюкозы.

Инактивация

Для поддержания корректного уровня метаболизма требуется не только быстрое поступление глюкозы в кровь, но и механизм выключения этой системы, как только концентрация адреналина в крови уменьшится.

• При отсоединении адреналина от β2-адренорецептора, сопряженный G-белок через некоторое время инактивируется
• Фермент фосфодиэстераза катализирует превращение цАМФ в АМФ
• Ферменты фосфатазы дефосфорилируют киназу фосфорилазы и гликогенфосфорилазу

Результат действия адреналина на другие типы клеток зависит от того, какие рецепторы находятся в их плазматических мембранах. Так, например, в результате связывания адреналина c альфа-2 адренорецептором, количество цАМФ внутри клетки уменьшается.

См также

Клеточный рецептор

Протеинкиназа A

Бета-2 адренорецептор

Регуляторная функция белков