Механизмы передачи внешних сигналов окружения в клетку
• События, происходящие за пределами клетки, могут запускать внутриклеточные процессы. Это происходит с участием рецепторных белков, встроенных в мембрану.
• Рецептор проходит сквозь мембрану, и его домены расположены по обеим ее сторонам.
• При связывании лиганда с внешним доменом рецептор активируется.
• Связывание лиганда приводит к изменению структуры или функции внутреннего домена рецептора.
Способность реагировать на внешнее окружение является важнейшим свойством каждой клетки. Для одноклеточных организмов внешнее окружение представляет собой внеклеточную среду. Реакция клетки может выражаться просто в усвоении питательных веществ или носит более сложный характер.
Например, клетка может начать мигрировать по направлению к источнику питательных веществ.
У многоклеточных организмов окружение создается с участием других клеток. Поэтому способность клеток взаимодействовать друг с другом становится особенно существенной в том случае, когда они приобретают специализированные функции, которые зависят от такого взаимодействия.
Простое перемещение молекул через клеточную мембрану представляет собой не единственный путь, посредством которого клетка реагирует на внешний сигнал. Запуск реакции внутри клетки на сигнал поступивший с внешней стороны мембраны осуществляется с помощью системы передачи сигнала.
Как следует из рисунка ниже, этот механизм усиливает сигнал и запускает в клетке цепь определенных метаболических процессов.
Характерная особенность всех систем передачи сигнала состоит в том, что определенный компонент окружающей среды узнается белком, находящимся в плазматической мембране. Компонент, который играет роль триггера, называется лигандом, а белок, встроенный в плазматическую мембрану, рецептором.
Связывание лиганда с рецептором на поверхности клетки запускает процессы передачи сигнала,
в результате чего в клетке развивается ответная реакция.
Рецептор, встроенный в мембрану, и связывание лиганда с его внешним доменом запускает цепь событий, проводящих к активации внутриклеточного домена рецептора. Распространенный механизм, который реализуется при связывании лиганда, состоит в димеризации мономеров рецептора.
При образовании димеров возникает ферментативная активность. Под действием фермента изменяются другие компоненты, образуются новые субстраты и запускается вся цепь метаболических процессов. После их завершения образуется активированный конечный продукт.
На некоторых стадиях реакция может амплифицироваться и, таким образом, при одном акте взаимодействия лиганда с рецептором может образоваться много копий конечного продукта. Последний влияет на экспрессию генов или же вызывает в клетке структурные изменения.
Ответ клетки зависит от характера сигнала. Когда вблизи бактерии оказывается источник питательных веществ, то возникает каскадная цепь процессов. Все начинается с взаимодействия питательного компонента с рецептором и завершается движением жгутиков, с помощью которых бактерия продвигается к источнику питания.
Когда дрожжевая клетка, способная к спариванию, узнает небольшой полипептидный феромон, секретируемый другой клеткой, то система передачи сигнала запускает каскад событий, в результате чего две клетки начинают расти навстречу друг другу и сливаются.
У многоклеточных системы передачи сигнала могут быть взаимосвязаны с тем, чтобы обеспечить согласованный физиологический ответ организма. Когда животное получает пищу, содержание сахара в крови увеличивается.
Сахар запускает каскад процессов передачи сигнала в клетках островков поджелудочной железы, в результате чего они начинают секретировать полипептидный гормон, инсулин. Инсулин связывается с рецепторами, расположенными на большинстве клеток, и запускает процесс, позволяющий им усваивать сахар из крови. Последний запасается в виде гликогена, который служит источником энергии для организма.