ГОРМОНЫ
Способы взаимодействия сигналов и клеток мишеней многообразны
К настоящему времени известны следующие варианты действия сигналов на клетки :
1) гормональное или гемокринное, т.е. действие на клетки, расположенные далеко от
источника сигналов и использующие кровообращение для переноса сигнала от клетки производителя до отдаленной клетки - мишени.
2) изокринное, или местное, когда химическое вещество, синтезированное в одной клетке, оказывает действие на клетку, расположенную в тесном контакте с первой, и высвобождение этого вещества осуществляется в межтканевую жидкость и кровь;
3) нейрокринное, или нейроэндокринное (синаптическое и несинаптическое), действие, когда гормон, высвобождаясь из нервных окончаний, выполняет функцию нейротрансмиттера или нейромодулятора, т.е. вещества, изменяющего (обычно усиливающего) действие нейротрансмиттера;
4) паракринное — разновидность изокринного действия, но при этом гормон, образующийся в одной клетке, поступает в межклеточную жидкость и влияет на ряд клеток, расположенных в непосредственной близости;
5) юкстакринное – разновидность паракринного действия, когда гормон не попадает в межклеточную жидкость, а сигнал передается через плазматическую мембрану рядом расположенной клетки.
6) аутокринное действие, когда высвобождающийся из клетки гормон оказывает влияние на ту же клетку, изменяя ее функциональную активность;
7) солинокринное действие, когда гормон из одной клетки поступает в просвет протока и достигает таким образом другой клетки, оказывая на нее специфическое воздействие (например, некоторые желудочно-кишечные гормоны).
Во всех случаях, сигнал обнаруживается специфическим рецептором и преобразуется в клеточный ответ.
Таблица. 12-1 Примеры сигналов, на которые реагируют клетки |
|
Антигены |
Факторы роста |
Гликопротеины поверхности клеток |
Гормоны |
рН, осмотическое давление |
Свет |
Компоненты внеклеточного матрикса |
Механическое воздействие |
Нейромедиаторы |
Одоранты |
Феромоны |
Вкусовые вещества |
Хотя число возможных биологических сигналов значительно (Таблица 12-1 ), клетки используют только несколько эволюционно сохраненных механизмов обнаружения внеклеточных сигналов и преобразования их во внутриклеточные изменения. В этой главе мы рассмотрим некоторые примеры главных механизмов передачи сигналов и их интеграцию в специфические биологические функции. Следует сразу подчеркнуть консервативность фундаментальных механизмов передачи биологических сигналов и адаптации этих основных связанных с мембраной процессов к широкому разнообразию сигнальных путей.
В основе взаимодействия сигнала и рецептора лежит слабое взаимодействие
Специфичность. Взаимодействие сигнала и рецептора подчиняется общим закономерностям взаимодействия лигандов и белков. Оно может быть оценено количественно методом Скэтчарда, позволяющего получить во многих случаях количественную меру сродства рецептора и сигнальной молекулы (Kd) и числа связывающих лиганды участков в молекуле рецептора. Это взаимодействие характеризуется прежде всего высокой специфичностью, которая обеспечивается комплементарностью между структурой сигнальной молекулы а и активного центра рецептора.
|
Сигнальная молекула комплементарна активному центру рецептора; другие сигналы не комплементарны |
Кооперативность во взаимодействии лиганда и рецептора дает в результате большие изменения в активности рецептора при минимальной концентрации лиганда (подобно эффекту кооперативности при связывании кислорода с гемоглобином).
|
Когда ферменты активируют другие ферменты, число вовлекаемых молекул увеличивается в геометрической прогрессии в ферментных каскадах |
Вторая важная особенность механизмов передачи сигнала в клетках мишенях - усиление (амплификация) сигнала. Конечный ответ клетки на сигнал определяется числом исполнительных элементов клетки (ферментов, структурных белков, переносчиков и т.д.), на которые воздействует сигнал, причем, как правило, соотношение непосредственный регулятор: исполнительный элемент равняется 1:1 (см главу 2).
Если бы сигнальные молекулы прямо взаимодействовали с исполнительными элементами , то это потребовало бы огромных количеств сигнальных молекул, перемещаемых по крови от места их образования к клеткам мишеням. Выход из этого положения - в создании механизмов усиления сигнала, с привлечением специальных ферментов и молекул, получивших название вторичных посредников
Еще одна важная особенность в механизме передачи сигнала в клетке мишени – «выключение» действия сигнала. Это достигается разными приемами, включенными в механизм передачи сигнала. Активирование рецептора при взаимодействии с сигнальной молекулой одновременно включает механизм обратной связи, который отключает рецептор (например, путем фосфорилирования молекулы рецептора) или удаляет рецептор с поверхности клетки (путем эндоцитоза) или используются специальные белки, прерывающие передачу сигнала ( G-белки) и т.д..
|
Если два сигнала оказывают противоположный эффект на метаболические характеристики типа концентрации вторичного посредника X, или мембранный потенциал Vм., выходящий регуляторный сигнал - результат интегрирования входящих сигналов от обоих рецепторов.
|
Наконец, еще одна примечательная особенность систем преобразования сигналов - интеграция, способность системы, получая многочисленные и разнообразные сигналы, выдавать интегрированный ответ, соответствующий потребностям клетки или организма.
Различные пути передачи сигналов перекрещиваются друг с другом на нескольких уровнях, создавая множество взаимодействий, что обеспечивает гомеостаз клетки и организма.