Механизм передачи информации через клеточную мембрану.

Одна из важнейших функций мембраны — передача информации внутрь клетки. Здесь внешние сигналы преобразуются во внутриклеточные. Большая часть адресованных клетке сигнальных молекул не проникает внутрь. Мембранные рецепторы подобно антеннам принимают приходящие сигналы и приводят в действие внутриклеточные процессы, которые в конечном счете изменяют активность клетки, например секрецию веществ железистой клеткой, сокращение мышечной клетки, изменение метаболизма или рост клетки.

Под действием сигнальных молекул мембранные белки перестраиваются и последовательно взаимодействуют друг с другом. Сигнальные молекулы, например гормоны, могут взаимодействовать как с белками самих ионных каналов, изменяя ионный ток через них, так и со связанными с ними молекулами или с ферментами (рис. 1.8; табл. 1.2). Взаимодействие между рецептором и ферментом или ионным каналом происходит через третий белок, который называют G-белком. Такое связывание обычно запускает цепь событий, изменяющих концентрацию одного или нескольких находящихся в цитоплазме веществ, представляющих собой небольшие молекулы (или даже ионы), которые называются вторичными посредниками, или передатчиками {мессенджерами) сигнала. Они обеспечивают быстрое распространение сигнала по всей клетке, изменяя функции внутриклеточных белков.

Вторичным посредником служит циклический аденозин- монофосфат (цАМФ), его образование происходит из АТФ под действием фермента аденилатциклазы (АЦ) (см. рис. 1.9). Он может по-разному влиять на клетку и активировать или тормозить ее активность. Хотя число вторичных посредников невелико и пути передачи внутриклеточных сигналов универсальны, они способны регулировать огромное множество разнообразных физиологических и биологических процессов, и всегда в их основе лежит конфирмационная перестройка молекулы белка. Два наиболее важных посредника в животных клетках — это цАМФ и Са2+.

Если какой-то сигнал открывает в наружной и внутренних мембранах Са -каналы, ионы Са2+ устремляются из внеклеточной среды или кальциевых депо (гладкая эндоплазмати-

Механизм передачи информации через клеточную мембрану

Рис. 1.8. Механизм передачи информации через клеточную мембрану

Клеточные механизмы возбуждения (а) и торможения (б)

Рис. 1.9. Клеточные механизмы возбуждения (а) и торможения (б)

ческа я сеть, митохондрии) в цитоплазму клетки, активируя чувствительные к нему белки. Са2+ служит внутриклеточным посредником в разнообразных клеточных реакциях, включая секреторные процессы и клеточное деление. В нервных клетках деполяризация плазматической мембраны вызывает поглощение Са2+ нервным окончанием и стимулирует секрецию нейромедиатора.

Почти во всех остальных клетках связывание сигнальной молекулы с рецептором на клеточной мембране ведет к высвобождению Са2+ из внутриклеточных депо. Выделившийся в цитоплазму Са2~ связывается со специфическими Са2+- связывающими белками, наиболее распространенным среди которых является кальмодулии. Комплекс Са2+— кальмоду- лин способен изменять активность внутриклеточных белков. Характерным набором белков-мишеней для Са2~ и цАМФ объясняется многообразие клеточных реакций. Использование цАМФ и Са2+ в качестве вторичных посредников позволяет во много раз усиливать реакцию на внеклеточный сигнал и регулировать ее разнообразными способами.

Клетки-мишени, подвергаясь длительному действию химического или какого-либо другого стимула, теряют первоначальную чувствительность к нему и способность реагировать с прежней силой. Это явление называется адаптацией (от лат. adapto — приспособляю). Благодаря ему клетка корректирует свою чувствительность к величине стимула. Адаптация клетки-мишени достигается разными путями: уменьшением числа поверхностных рецепторов, изменением их

Примеры физиологических реакций клеток-мишеней на действие сигнальных молекул

Таблица 1.2

Сигнальная

молекула

Клетки- мишени

Эффектор

Реакция клетки-мишени

Адреналин,

глюкагон

Клетки печени

Аденилатцик-

лаза

Расщепление гликогена

Лютей визирующий гормон

Клетки яичников

То же

Усиление синтеза женских половых гормонов (эстрогенов и прогестерона)

Аптидиурети- ческий гормон (вазопрессин)

Клетки почек

Задержка воды почками

Ацетилхолин

Клетки сердечной мышцы

Калиевые каналы

Замедление и ослабление сердечных сокращений

Энкефалины,

эндорфины,

ониоиды

Нейроны

головного

мозга

Калиевые и кальциевые каналы, аде- нилатциклаза

Изменение электрической активности нейронов

Ангиотензин

Гладкомышечные клетки сосудов

Фосфолипа-

за-С

Мышечное сокращение, повышение кровяного давления

Пахучие вещества

Рецепторные клетки эпителия носовых ходов

Аденилатцик-

лаза

Восприятие запахов

Свет

Палочки и колбочки сетчатки глаза

цГМФ, фос- фодиэстераза

Восприятие зрительных стимулов

активности, изменением активности мембранных белков (типа G-белков), участвующих в передаче сигнала внутрь клетки. Явление адаптации обратимо.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >