Перенос информации (биология)

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

У этого термина существуют и другие значения, см. Трансдукция.

Трансдукция, сигналинг, сигнализация (англ. transduction, signaling) — передача сигнала внутри (или вне) клетки. Выражение signal transduction впервые отмечено в биологической литературе в 1974 году, а в названии статьи в 1979 году. Проблемами трансдукции сигнала в клетке занимается наука внутриклеточная сигнализация, возникшая в начале 80-х годов 20-го века.

[править] Агенты и мессенджеры

Механизмы, преобразующие внешние сигналы во внутриклеточные, находятся в плазматической мембране клетки. Восприятие клетками внешних сигналов в основном происходит благодаря взаимодействию внешних факторов с клеточными рецепторами, расположенными на поверхностной мембране клеток. Рецепторы распознают внешний сигнал (сигнальный агент) и приводят в дейcтвие внутриклеточные пути передачи информации, ведущие к запуску и регуляции различных внутриклеточных процессов.

Внешний сигнальный агент, называемый первичным мессенджером, как правило, не проникает внутрь клетки, а специфически взаимодействует с рецепторами наружной клеточной мембраны. В качестве первичных мессенджеров выступают различные химические соединения (гормоны, нейромедиаторы, газотрансмиттеры и др.) или физические факторы (квант света). Однако существуют гормоны (гидрофобные стероидные и тиреоидные), которые способны проникать внутрь клетки, преодолевая при этом липидный бислой, и взаимодействовать там с растворимыми рецепторными белками.

Если внешняя сигнальная молекула воздействует на рецепторы клеточной мембраны и активирует их, то последние передают полученную информацию на систему белковых компонентов мембраны, называемую каскадом передачи сигнала. Мембранные белки каскада передачи сигнала подразделяют на:

белки-преобразователи, связанные с рецепторами
ферменты-усилители, связанные с белками-преобразователями (активируют вторичные внутриклеточные мессенджеры, переносящие информацию внутрь клетки).

В роли вторичных мессенджеров выступают малые молекулы и ионы:

сАМР, циклический гуанозин-3,5-монофосфат (cGMP)
инозитол-1,4,5-трифосфат (IР3)
диацилглицерол (DG)
арахидоновая кислота
ионы кальция и др.

Вторичные мессенджеры характеризуются следующими свойствами: имеют небольшую молекулярную массу и с высокой скоростью диффундируют в цитоплазме; быстро расщепляются и быстро удаляются из цитоплазмы.

[править] Рецепторы

В плазматических мембранах про- и эукариотических клеток локализованы различные специализированные рецепторные системы, процессы функционирования которых включают реализацию следующих стадий:

связывание первичного мессенджера с рецептором;
передачу информации о связывании внешнего сигнала с рецептором на мембранные белковые компоненты каскада;
формирование первичного и вторичного клеточного ответа

Для обеспечения рецепторной функции молекулы белков должны отвечать ряду требований: а) обладать высокой избирательностью к лиганду; б) кинетика связывания лиганда должна описываться кривой с насыщением, соответствующим состоянию полной занятости всех молекул рецепторов, число которых на мембране ограничено; в) рецепторы должны обладать тканевой специфичностью, отражающей наличие или отсутствие данных функций в клетках органа-мишени; г) связывание лиганда и его клеточный (физиологический) эффект должны быть обратимы, параметры сродства должны со¬ответствовать физиологическим концентрациям лиганда.

[править] Механизм

Передача сигнала предполагает примерно следующую схему:

взаимодействие внешнего агента (стимула) с клеточным рецептором,
активация эффекторной молекулы, находящейся в мембране и отвечающей за генерацию вторичных мессенджеров (посредников),
образование вторичных посредников,
активация посредниками белков-мишеней, вызывающих генерацию следующих посредников,
исчезновение посредника.