Skip to main content
Global

9.1: جزيئات الإشارة والمستقبلات الخلوية

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    196412

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)\(\newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)

    مهارات التطوير

    • وصف أربعة أنواع من الإشارات الموجودة في الكائنات متعددة الخلايا
    • قارن المستقبلات الداخلية بمستقبلات سطح الخلية
    • تعرف على العلاقة بين بنية الليجاند وآلية عمله

    هناك نوعان من التواصل في عالم الخلايا الحية. يُطلق على الاتصال بين الخلايا اسم الإشارات بين الخلايا، ويسمى الاتصال داخل الخلية بالإشارات داخل الخلايا. طريقة سهلة لتذكر التمييز هي من خلال فهم الأصل اللاتيني للبادئات: بين الوسائل «بين» (على سبيل المثال، الخطوط المتقاطعة هي تلك التي تتقاطع مع بعضها البعض) وداخلها تعني «داخل» (مثل الوريد).

    يتم إطلاق الإشارات الكيميائية عن طريق خلايا الإشارات في شكل جزيئات صغيرة عادة ما تكون متطايرة أو قابلة للذوبان تسمى الأربطة. الليجاند هو جزيء يربط جزيئًا محددًا آخر، وفي بعض الحالات، يقدم إشارة في العملية. وبالتالي يمكن اعتبار الأربطة جزيئات إشارة. تتفاعل الأربطة مع البروتينات في الخلايا المستهدفة، وهي الخلايا التي تتأثر بالإشارات الكيميائية؛ وتسمى هذه البروتينات أيضًا بالمستقبلات. توجد الأربطة والمستقبلات في العديد من الأصناف؛ ومع ذلك، فإن الليغند المحدد سيكون له مستقبل محدد يربط عادة هذا الرابط فقط.

    أشكال إرسال الإشارات

    توجد أربع فئات من الإشارات الكيميائية في الكائنات الحية متعددة الخلايا: إشارات الباراكرين وإشارات الغدد الصماء وإشارات الأوتوكرين والإشارات المباشرة عبر تقاطعات الفجوات (الشكل\(\PageIndex{1}\)). والفرق الرئيسي بين فئات الإشارات المختلفة هو المسافة التي تنقلها الإشارة عبر الكائن الحي للوصول إلى الخلية المستهدفة. لا تتأثر جميع الخلايا بنفس الإشارات.

    يُظهر الرسم التوضيحي أربعة أشكال من الإشارات الكيميائية. في إشارات الأوتوكرين، تستهدف الخلية نفسها. عند إرسال الإشارات عبر مفرق الفجوة، تستهدف الخلية خلية متصلة عبر تقاطعات الفجوة. في إشارات الباراكرين، تستهدف الخلية خلية قريبة. في إشارات الغدد الصماء، تستهدف الخلية خلية بعيدة عبر مجرى الدم
    الشكل\(\PageIndex{1}\): في الإشارات الكيميائية، قد تستهدف الخلية نفسها (إشارات الأوتوكرين)، أو خلية متصلة بواسطة تقاطعات الفجوة، أو خلية قريبة (إشارات الباراكرين)، أو خلية بعيدة (إشارات الغدد الصماء). تعمل إشارات الباراكرين على الخلايا المجاورة، وتستخدم إشارات الغدد الصماء نظام الدورة الدموية لنقل الأربطة، وتعمل إشارات الأوتوكرين على خلية الإشارة. يتضمن إرسال الإشارات عبر تقاطعات الفجوات إرسال جزيئات الإشارات التي تتحرك مباشرة بين الخلايا المجاورة.

    إشارات الباراكرين

    تسمى الإشارات التي تعمل محليًا بين الخلايا القريبة من بعضها إشارات الباراكرين. تتحرك إشارات الباراكرين بالانتشار عبر المصفوفة خارج الخلية. عادةً ما تثير هذه الأنواع من الإشارات استجابات سريعة تدوم لفترة قصيرة فقط من الوقت. من أجل الحفاظ على تركيز الاستجابة، عادة ما تتحلل جزيئات ليجاند الباراكرين بسرعة بواسطة الإنزيمات أو تتم إزالتها بواسطة الخلايا المجاورة. ستؤدي إزالة الإشارات إلى إعادة تحديد تدرج التركيز للإشارة، مما يسمح لها بالانتشار بسرعة عبر الفضاء داخل الخلايا إذا تم إطلاقها مرة أخرى.

    أحد الأمثلة على إشارات الباراكرين هو نقل الإشارات عبر نقاط الاشتباك العصبي بين الخلايا العصبية. تتكون الخلية العصبية من جسم الخلية، والعديد من الامتدادات القصيرة والمتفرعة التي تسمى التشعبات التي تستقبل المنبهات، وامتداد طويل يسمى المحور العصبي، الذي ينقل الإشارات إلى الخلايا العصبية الأخرى أو الخلايا العضلية. يُطلق على التقاطع بين الخلايا العصبية حيث يحدث إرسال الإشارة اسم المشبك. الإشارة المشبكية هي إشارة كيميائية تنتقل بين الخلايا العصبية. يتم نشر الإشارات داخل الخلايا العصبية بواسطة نبضات كهربائية سريعة الحركة. عندما تصل هذه النبضات إلى نهاية المحور، تستمر الإشارة إلى التغصينات في الخلية التالية عن طريق إطلاق روابط كيميائية تسمى الناقلات العصبية بواسطة الخلية ما قبل المشبكية (الخلية التي تنبعث منها الإشارة). يتم نقل الناقلات العصبية عبر مسافات صغيرة جدًا بين الخلايا العصبية، والتي تسمى المشابك الكيميائية (الشكل\(\PageIndex{2}\)). تسمح المسافة الصغيرة بين الخلايا العصبية للإشارة بالانتقال بسرعة؛ يتيح ذلك استجابة فورية، مثل رفع يدك عن الموقد!

    عندما يربط الناقل العصبي المستقبل على سطح خلية ما بعد التشابك، تتغير الإمكانات الكهروكيميائية للخلية المستهدفة، ويتم إطلاق الدافع الكهربائي التالي. تتحلل الناقلات العصبية التي يتم إطلاقها في المشبك الكيميائي بسرعة أو يتم امتصاصها من قبل الخلية ما قبل المشبكية حتى تتمكن الخلية العصبية المتلقية من التعافي بسرعة والاستعداد للاستجابة بسرعة للإشارة المشبكية التالية.

    يُظهر هذا الرسم التوضيحي نتوءات بصلية متقاربة لخلايا ما قبل المشبكية وما بعد التشابك. تخزن الخلية ما قبل المشبكية الناقل العصبي في الحويصلات المشبكية. عند حدوث الإشارات، تندمج الحويصلات مع غشاء الخلية، وبالتالي تطلق ناقل العدلات، الذي يرتبط بعد ذلك بالمستقبلات الموجودة في خلية ما بعد التشابك. يعمل الإنزيم الموجود على سطح خلية ما بعد التشابك على تدمير جهاز الإرسال العصبي، وبالتالي إنهاء الإشارة.
    الشكل\(\PageIndex{2}\): المسافة بين الخلية ما قبل المشبكية والخلية ما بعد المشبكية - والتي تسمى الفجوة المشبكية - صغيرة جدًا وتسمح بالانتشار السريع للناقل العصبي. تعمل الإنزيمات الموجودة في الشق المشبكي على تحلل بعض أنواع الناقلات العصبية لإنهاء الإشارة.

    إشارات الغدد الصماء

    تسمى الإشارات الصادرة من الخلايا البعيدة بإشارات الغدد الصماء، وتنشأ من خلايا الغدد الصماء. (في الجسم، توجد العديد من خلايا الغدد الصماء في الغدد الصماء، مثل الغدة الدرقية، ومنطقة ما تحت المهاد، والغدة النخامية.) عادةً ما تنتج هذه الأنواع من الإشارات استجابة أبطأ ولكن لها تأثير طويل الأمد. تُسمى الأربطة المنبعثة في إشارات الغدد الصماء بالهرمونات، وهي تشير إلى الجزيئات التي يتم إنتاجها في جزء واحد من الجسم ولكنها تؤثر على مناطق الجسم الأخرى على مسافة بعيدة.

    تنتقل الهرمونات لمسافات كبيرة بين خلايا الغدد الصماء والخلايا المستهدفة عبر مجرى الدم، وهي طريقة بطيئة نسبيًا للتنقل في جميع أنحاء الجسم. بسبب شكل النقل، يتم تخفيف الهرمونات وتكون موجودة بتركيزات منخفضة عندما تعمل على الخلايا المستهدفة. وهذا يختلف عن إشارات الباراكرين، حيث يمكن أن تكون التركيزات المحلية للروابط عالية جدًا.

    إشارات الأوتوكرين

    يتم إنتاج إشارات Autocrine عن طريق إشارات الخلايا التي يمكن أن ترتبط أيضًا بالرابط الذي تم إطلاقه. وهذا يعني أن خلية الإشارة والخلية المستهدفة يمكن أن تكونا نفس الخلية أو خلية مشابهة (البادئة auto- تعني self، وهي تذكير بأن خلية الإشارة ترسل إشارة إلى نفسها). غالبًا ما يحدث هذا النوع من الإشارات أثناء التطور المبكر للكائن الحي لضمان تطور الخلايا إلى الأنسجة الصحيحة وتولي الوظيفة المناسبة. كما تنظم إشارات الأوتوكرين الإحساس بالألم والاستجابات الالتهابية. علاوة على ذلك، إذا كانت الخلية مصابة بفيروس، يمكن للخلية أن تشير إلى نفسها للخضوع لموت الخلايا المبرمج، مما يؤدي إلى قتل الفيروس في هذه العملية. في بعض الحالات، تتأثر الخلايا المجاورة من نفس النوع أيضًا بالليجاند المنبعث. في التطور الجنيني، قد تساعد عملية تحفيز مجموعة من الخلايا المجاورة على توجيه تمايز الخلايا المتطابقة إلى نفس نوع الخلية، وبالتالي ضمان النتيجة التنموية المناسبة.

    إرسال الإشارات المباشرة عبر تقاطعات الفجوات

    تقاطعات الفجوة في الحيوانات والبلازموديماتا في النباتات هي روابط بين أغشية البلازما للخلايا المجاورة. تسمح هذه القنوات المملوءة بالماء لجزيئات الإشارة الصغيرة، والتي تسمى الوسطاء داخل الخلايا، بالانتشار بين الخليتين. الجزيئات الصغيرة، مثل أيونات الكالسيوم (Ca 2+)، قادرة على التنقل بين الخلايا، لكن الجزيئات الكبيرة مثل البروتينات والحمض النووي لا يمكن أن تتناسب مع القنوات. تضمن خصوصية القنوات بقاء الخلايا مستقلة ولكن يمكنها إرسال الإشارات بسرعة وسهولة. ينقل نقل جزيئات الإشارة الحالة الحالية للخلية الموجودة مباشرة بجوار الخلية المستهدفة؛ وهذا يسمح لمجموعة من الخلايا بتنسيق استجابتها لإشارة ربما استقبلتها واحدة منها فقط. في النباتات، تنتشر بلاسموديماتا في كل مكان، مما يجعل النبات بأكمله شبكة اتصالات عملاقة.

    أنواع المستقبلات

    المستقبلات هي جزيئات بروتينية في الخلية المستهدفة أو على سطحها تربط الليجاند. هناك نوعان من المستقبلات، المستقبلات الداخلية ومستقبلات سطح الخلية.

    مستقبلات داخلية

    توجد المستقبلات الداخلية، المعروفة أيضًا باسم المستقبلات داخل الخلايا أو السيتوبلازمية، في السيتوبلازم للخلية وتستجيب لجزيئات الليجاند الكارهة للماء القادرة على الانتقال عبر غشاء البلازما. بمجرد دخول الخلية، ترتبط العديد من هذه الجزيئات بالبروتينات التي تعمل كمنظمات لتخليق mRNA (النسخ) للتوسط في التعبير الجيني. التعبير الجيني هو العملية الخلوية لتحويل المعلومات الموجودة في الحمض النووي للخلية إلى سلسلة من الأحماض الأمينية، والتي تشكل في النهاية بروتينًا. عندما يرتبط الليغند بالمستقبلات الداخلية، يحدث تغيير في التوافق يعرض موقع ربط الحمض النووي على البروتين. ينتقل مجمع مستقبلات الليجاند إلى النواة، ثم يرتبط بمناطق تنظيمية محددة من الحمض النووي الكروموسومي ويعزز بدء النسخ (الشكل\(\PageIndex{3}\)). النسخ هو عملية نسخ المعلومات الموجودة في الحمض النووي للخلايا إلى شكل خاص من الحمض النووي الريبي يسمى messenger RNA (mRNA)؛ تستخدم الخلية المعلومات الموجودة في mRNA (الذي ينتقل إلى السيتوبلازم ويرتبط بالريبوسومات) لربط أحماض أمينية معينة بالترتيب الصحيح، مما ينتج بروتينًا. يمكن للمستقبلات الداخلية أن تؤثر بشكل مباشر على التعبير الجيني دون الحاجة إلى تمرير الإشارة إلى مستقبلات أو رسل أخرى.

    يُظهر هذا الرسم التوضيحي جزيء إشارة كاره للماء ينتشر عبر غشاء البلازما ويربط مستقبلًا داخل الخلايا في السيتوبلازم. ثم ينتقل مجمع جزيئات إشارات المستقبلات داخل الخلايا إلى النواة ويربط الحمض النووي.
    الشكل\(\PageIndex{3}\): عادة ما تنتشر جزيئات الإشارات الكارهة للماء عبر غشاء البلازما وتتفاعل مع المستقبلات داخل الخلايا في السيتوبلازم. العديد من المستقبلات داخل الخلايا هي عوامل نسخ تتفاعل مع الحمض النووي في النواة وتنظم التعبير الجيني.

    مستقبلات سطح الخلية

    مستقبلات سطح الخلية، والمعروفة أيضًا باسم المستقبلات عبر الغشاء، هي بروتينات سطح الخلية، وهي بروتينات مثبتة على الغشاء (متكاملة) ترتبط بجزيئات الليغند الخارجية. يمتد هذا النوع من المستقبلات على غشاء البلازما ويقوم بنقل الإشارة، حيث يتم تحويل الإشارة خارج الخلية إلى إشارة بين الخلايا. لا تحتاج الأربطة التي تتفاعل مع مستقبلات سطح الخلية إلى دخول الخلية التي تؤثر عليها. تسمى مستقبلات سطح الخلية أيضًا بالبروتينات أو العلامات الخاصة بالخلية لأنها خاصة بأنواع الخلايا الفردية.

    نظرًا لأن بروتينات مستقبلات سطح الخلية أساسية لعمل الخلية الطبيعي، فلا ينبغي أن يكون مفاجئًا أن أي خلل في أي من هذه البروتينات يمكن أن يكون له عواقب وخيمة. ثبت أن الأخطاء في تراكيب البروتين لجزيئات معينة من المستقبلات تلعب دورًا في ارتفاع ضغط الدم (ارتفاع ضغط الدم) والربو وأمراض القلب والسرطان.

    يحتوي كل مستقبل على سطح الخلية على ثلاثة مكونات رئيسية: مجال ربط الرباط الخارجي، ومنطقة تمدد الأغشية الكارهة للماء، والمجال داخل الخلايا داخل الخلية. يُطلق على مجال ربط الارتباط أيضًا المجال خارج الخلية. يختلف حجم ومدى كل من هذه المجالات بشكل كبير، اعتمادًا على نوع المستقبل.

    اتصال التطور: كيف تتعرف الفيروسات على المضيف

    على عكس الخلايا الحية، لا تحتوي العديد من الفيروسات على غشاء بلازما أو أي من الهياكل اللازمة للحفاظ على الحياة. تتكون بعض الفيروسات ببساطة من غلاف بروتيني خامل يحتوي على DNA أو RNA. للتكاثر، يجب أن تغزو الفيروسات خلية حية، تعمل كمضيف، ثم تستولي على الجهاز الخلوي للمضيف. ولكن كيف يتعرف الفيروس على مضيفه؟

    غالبًا ما ترتبط الفيروسات بمستقبلات سطح الخلية على الخلية المضيفة. على سبيل المثال، يرتبط الفيروس الذي يسبب الأنفلونزا البشرية (الأنفلونزا) تحديدًا بالمستقبلات الموجودة على أغشية خلايا الجهاز التنفسي. الاختلافات الكيميائية في مستقبلات سطح الخلية بين المضيفين تعني أن الفيروس الذي يصيب نوعًا معينًا (على سبيل المثال، البشر) لا يمكن أن يصيب نوعًا آخر (على سبيل المثال، الدجاج).

    ومع ذلك، تحتوي الفيروسات على كميات صغيرة جدًا من الحمض النووي أو الحمض النووي الريبي مقارنة بالبشر، ونتيجة لذلك، يمكن أن يحدث التكاثر الفيروسي بسرعة. ينتج التكاثر الفيروسي دائمًا أخطاء يمكن أن تؤدي إلى تغييرات في الفيروسات المنتجة حديثًا؛ تعني هذه التغييرات أن البروتينات الفيروسية التي تتفاعل مع مستقبلات سطح الخلية قد تتطور بطريقة تمكنها من الارتباط بالمستقبلات في مضيف جديد. تحدث مثل هذه التغييرات بشكل عشوائي وفي كثير من الأحيان في الدورة التناسلية للفيروس، ولكن التغييرات مهمة فقط إذا لامس فيروس ذو خصائص ربط جديدة مضيفًا مناسبًا. في حالة الأنفلونزا، يمكن أن تحدث هذه الحالة في الأماكن التي تكون فيها الحيوانات والأشخاص على اتصال وثيق، مثل مزارع الدواجن والخنازير. 1 بمجرد انتقال الفيروس إلى مضيف جديد، يمكن أن ينتشر بسرعة. يراقب العلماء الفيروسات التي تظهر حديثًا (تسمى الفيروسات الناشئة) عن كثب على أمل أن تقلل هذه المراقبة من احتمالية انتشار الأوبئة الفيروسية العالمية.

    تشارك مستقبلات سطح الخلية في معظم الإشارات في الكائنات الحية متعددة الخلايا. هناك ثلاث فئات عامة لمستقبلات سطح الخلية: المستقبلات المرتبطة بالقناة الأيونية، والمستقبلات المرتبطة بالبروتين G، والمستقبلات المرتبطة بالإنزيم.

    تقوم المستقبلات المرتبطة بالقناة الأيونية بربط الرابط وفتح قناة عبر الغشاء الذي يسمح لأيونات معينة بالمرور. لتكوين قناة، يحتوي هذا النوع من مستقبلات سطح الخلية على منطقة واسعة تمتد عبر الغشاء. من أجل التفاعل مع ذيول الأحماض الدهنية الفوسفورية التي تشكل مركز غشاء البلازما، فإن العديد من الأحماض الأمينية في المنطقة الممتدة للغشاء كارهة للماء بطبيعتها. وعلى العكس من ذلك، فإن الأحماض الأمينية التي تبطن داخل القناة محبة للماء للسماح بمرور الماء أو الأيونات. عندما يرتبط الليجاند بالمنطقة خارج الخلية للقناة، يحدث تغيير توافقي في بنية البروتينات التي تسمح للأيونات مثل الصوديوم والكالسيوم والمغنيسيوم والهيدروجين بالمرور (الشكل\(\PageIndex{4}\)).

    يُظهر هذا الرسم التوضيحي قناة أيونية مسورة مغلقة في حالة عدم وجود جزيء إشارة. عند ارتباط جزيء الإشارة، يتم فتح مسام في منتصف القناة، مما يسمح للأيونات بالدخول إلى الخلية.
    الشكل\(\PageIndex{4}\): تشكل القنوات الأيونية المسورة مسامًا عبر غشاء البلازما الذي يفتح عند ارتباط جزيء الإشارة. ثم تسمح المسام المفتوحة للأيونات بالتدفق داخل الخلية أو خارجها.

    تربط المستقبلات المرتبطة ببروتين G الليغند وتنشط بروتينًا غشائيًا يسمى بروتين G. ثم يتفاعل بروتين G المنشط مع قناة أيونية أو إنزيم في الغشاء (الشكل\(\PageIndex{5}\)). تحتوي جميع المستقبلات المرتبطة بالبروتين G على سبعة مجالات عبر الغشاء، ولكن لكل مستقبل مجاله الخاص خارج الخلية وموقع ربط بروتين G.

    تحدث إشارات الخلايا باستخدام المستقبلات المرتبطة بالبروتين G كسلسلة دورية من الأحداث. قبل ارتباط الليغند، يمكن لبروتين G غير النشط أن يرتبط بموقع تم الكشف عنه حديثًا على المستقبل المحدد لارتباطه. بمجرد ارتباط بروتين G بالمستقبل، يقوم تغيير الشكل الناتج بتنشيط بروتين G، الذي يطلق الناتج المحلي الإجمالي ويلتقط GTP. ثم تنقسم الوحدات الفرعية لبروتين G إلى الوحدة الفرعية ألفا والوحدة الفرعية بيتا. قد تتمكن إحدى شظايا بروتين G أو كليهما من تنشيط البروتينات الأخرى نتيجة لذلك. بعد فترة، يتم تحلل GTP على الوحدة الفرعية ألفا النشطة من بروتين G إلى الناتج المحلي الإجمالي ويتم إلغاء تنشيط الوحدة الفرعية bya. يتم إعادة ربط الوحدات الفرعية لتشكيل بروتين G غير النشط وتبدأ الدورة من جديد.

    يُظهر هذا الرسم التوضيحي مسار التنشيط لبروتين G غير المتجانس، الذي يحتوي على ثلاث وحدات فرعية: ألفا بيتا وجاما، وكلها مرتبطة بالجزء الداخلي من غشاء البلازما. عندما يرتبط جزيء الإشارة بمستقبلات مقترنة بالبروتين G في غشاء البلازما، يتم استبدال جزيء الناتج المحلي الإجمالي المرتبط بوحدة ألفا الفرعية بـ GTP. تنفصل وحدة ألفا الفرعية عن وحدات بيتا وغاما الفرعية وتؤدي إلى استجابة خلوية. يؤدي التحلل المائي لـ GTP إلى الناتج المحلي الإجمالي إلى إنهاء الإشارة.
    الشكل\(\PageIndex{5}\): تحتوي بروتينات G غير المتجانسة على ثلاث وحدات فرعية: ألفا وبيتا و. عندما يرتبط جزيء الإشارة بمستقبلات مقترنة بالبروتين G في غشاء البلازما، يتم استبدال جزيء الناتج المحلي الإجمالي المرتبط بالوحدة الفرعية ألفا بـ GTP. تنفصل الوحدتان الفرعيتان β و عن الوحدة الفرعية ألفا، ويتم تشغيل الاستجابة الخلوية إما عن طريق الوحدة الفرعية ألفا أو زوج بيتا المنفصل. يؤدي التحلل المائي لـ GTP إلى الناتج المحلي الإجمالي إلى إنهاء الإشارة.

    تمت دراسة المستقبلات المرتبطة بالبروتين G على نطاق واسع وتم تعلم الكثير عن أدوارها في الحفاظ على الصحة. يمكن للبكتيريا المسببة للأمراض التي تصيب البشر أن تطلق السموم التي تعطل وظيفة معينة مرتبطة بمستقبلات بروتين G، مما يؤدي إلى أمراض مثل السعال الديكي والتسمم الغذائي والكوليرا. في الكوليرا (الشكل\(\PageIndex{6}\))، على سبيل المثال، تنتج بكتيريا Vibrio cholerae التي تنقلها المياه سمًا، وهو الكوليراجين، الذي يرتبط بالخلايا المبطنة للأمعاء الدقيقة. ثم يدخل السم إلى هذه الخلايا المعوية، حيث يقوم بتعديل بروتين G الذي يتحكم في فتح قناة الكلوريد ويتسبب في بقائها نشطة باستمرار، مما يؤدي إلى فقدان كميات كبيرة من السوائل من الجسم واحتمال حدوث جفاف مميت نتيجة لذلك.

    يحذر هذا الملصق الذي يعود لعام 1866 الناس من وباء الكوليرا ويقدم نصائح للوقاية من المرض.
    الشكل\(\PageIndex{6}\): تنتقل الكوليرا في المقام الأول من خلال مياه الشرب الملوثة، وهي سبب رئيسي للوفاة في العالم النامي وفي المناطق التي تعيق فيها الكوارث الطبيعية توافر المياه النظيفة. تنتج بكتيريا الكوليرا، Vibrio cholerae، سمًا يعدّل مسارات إشارات الخلايا بوساطة بروتين G في الأمعاء. يزيل الصرف الصحي الحديث خطر تفشي الكوليرا، مثل تلك التي اجتاحت مدينة نيويورك في عام 1866. يُظهر هذا الملصق من تلك الحقبة كيف لم تكن طريقة انتقال المرض مفهومة في ذلك الوقت. (مصدر: اللجنة الصحية لمدينة نيويورك)

    المستقبلات المرتبطة بالإنزيم هي مستقبلات سطح الخلية ذات المجالات داخل الخلايا المرتبطة بالإنزيم. في بعض الحالات، يكون المجال داخل الخلايا للمستقبل نفسه عبارة عن إنزيم. تحتوي المستقبلات الأخرى المرتبطة بالإنزيم على مجال صغير داخل الخلايا يتفاعل مباشرة مع الإنزيم. عادةً ما تحتوي المستقبلات المرتبطة بالإنزيم على نطاقات كبيرة خارج الخلية وداخل الخلايا، ولكن المنطقة الممتدة للغشاء تتكون من منطقة حلزونية ألفا واحدة من خيوط الببتيد. عندما يرتبط الليغند بالمجال خارج الخلية، يتم نقل الإشارة عبر الغشاء، مما يؤدي إلى تنشيط الإنزيم. يؤدي تنشيط الإنزيم إلى سلسلة من الأحداث داخل الخلية تؤدي في النهاية إلى الاستجابة. أحد الأمثلة على هذا النوع من المستقبلات المرتبطة بالإنزيم هو مستقبلات التيروزين كيناز (الشكل\(\PageIndex{7}\)). الكيناز هو إنزيم ينقل مجموعات الفوسفات من ATP إلى بروتين آخر. ينقل مستقبل كيناز التيروزين مجموعات الفوسفات إلى جزيئات التيروزين (بقايا التيروزين). أولاً، ترتبط جزيئات الإشارة بالمجال خارج الخلوي لمستقبلات كيناز التيروزين القريبة. ثم يترابط المستقبلان المتجاوران معًا أو يتغيران. ثم يتم إضافة الفوسفات إلى بقايا التيروزين في المجال داخل الخلايا للمستقبلات (الفسفرة). يمكن للبقايا الفوسفورية بعد ذلك إرسال الإشارة إلى المرسل التالي داخل السيتوبلازم.

    آرت كونيكشن

    يُظهر هذا الرسم التوضيحي اثنين من مستقبلات مونومرات كيناز التيروزين المضمنة في غشاء البلازما. عند ربط جزيء الإشارة بالمجال خارج الخلية، تتلاشى المستقبلات. ثم يتم تسفير بقايا التيروزين الموجودة على السطح داخل الخلايا، مما يؤدي إلى استجابة خلوية.
    الشكل\(\PageIndex{7}\): مستقبل التيروزين كيناز هو مستقبل مرتبط بالإنزيم مع منطقة غشاء واحدة ومجالات خارج الخلية وداخل الخلايا. يؤدي ربط جزيء الإشارة بالمجال خارج الخلية إلى تعتيم المستقبل. يتم بعد ذلك تفتيت بقايا التيروزين في المجال داخل الخلايا تلقائيًا، مما يؤدي إلى استجابة خلوية نهائية. يتم إنهاء الإشارة بواسطة الفوسفاتاز الذي يزيل الفوسفات من بقايا الفوسفوتيروزين.

    HER2 هو مستقبل كيناز التيروزين. في 30 بالمائة من سرطانات الثدي البشرية، يتم تنشيط HER2 بشكل دائم، مما يؤدي إلى انقسام الخلايا غير المنظم. لاباتينيب، وهو دواء يستخدم لعلاج سرطان الثدي، يثبط عملية التيروزين كيناز الذاتية لمستقبلات HER2 (العملية التي يضيف بها المستقبل الفوسفات إلى نفسه)، وبالتالي يقلل من نمو الورم بنسبة 50 في المائة. إلى جانب الفسفرة الذاتية، أي من الخطوات التالية سيتم تثبيطها بواسطة Lapatinib؟

    1. ربط جزيئات الإشارة، والتعتيم، والاستجابة الخلوية النهائية
    2. الديمرة والاستجابة الخلوية النهائية
    3. الاستجابة الخلوية النهائية
    4. نشاط الفوسفاتاز والتعتيم والاستجابة الخلوية في أسفل البخار

    جزيئات التشوير

    تعمل الروابط، التي تنتجها خلايا الإشارة والارتباط اللاحق بالمستقبلات في الخلايا المستهدفة، كإشارات كيميائية تنتقل إلى الخلايا المستهدفة لتنسيق الاستجابات. تتنوع أنواع الجزيئات التي تعمل كروابط بشكل لا يصدق وتتراوح من البروتينات الصغيرة إلى الأيونات الصغيرة مثل الكالسيوم (Ca 2+).

    الأربطة الصغيرة المقاومة للماء

    يمكن للروابط الصغيرة الكارهة للماء أن تنتشر مباشرة من خلال غشاء البلازما وتتفاعل مع المستقبلات الداخلية. الأعضاء المهمين في هذه الفئة من الأربطة هم هرمونات الستيرويد. الستيرويدات هي دهون لها هيكل هيدروكربوني بأربع حلقات منصهرة؛ تحتوي الستيرويدات المختلفة على مجموعات وظيفية مختلفة مرتبطة بالهيكل الكربوني. تشمل هرمونات الستيرويد هرمون الجنس الأنثوي، الاستراديول، وهو نوع من هرمون الاستروجين؛ هرمون الذكورة، هرمون التستوستيرون؛ والكوليسترول، وهو مكون هيكلي مهم للأغشية البيولوجية وسلف لهرمونات الستيرويد (الشكل\(\PageIndex{8}\)). تشمل الهرمونات الأخرى الكارهة للماء هرمونات الغدة الدرقية وفيتامين د. لكي تكون قابلة للذوبان في الدم، يجب أن ترتبط الروابط الكارهة للماء بالبروتينات الحاملة أثناء نقلها عبر مجرى الدم.

    يتم عرض الهياكل الجزيئية للاستراديول والتستوستيرون والكوليسترول. تشترك الجزيئات الثلاثة في بنية رباعية الحلقات ولكنها تختلف في أنواع المجموعات الوظيفية المرتبطة بها.
    الشكل\(\PageIndex{8}\): تحتوي هرمونات الستيرويد على تركيبات كيميائية مماثلة لسلائفها، الكوليسترول. نظرًا لأن هذه الجزيئات صغيرة ومقاومة للماء، فإنها يمكن أن تنتشر مباشرة عبر غشاء البلازما إلى الخلية، حيث تتفاعل مع المستقبلات الداخلية.

    الأربطة القابلة للذوبان في الماء

    تكون الأربطة القابلة للذوبان في الماء قطبية وبالتالي لا يمكنها المرور عبر غشاء البلازما دون مساعدة؛ في بعض الأحيان، تكون كبيرة جدًا بحيث لا يمكن أن تمر عبر الغشاء على الإطلاق. بدلاً من ذلك، ترتبط معظم الأربطة القابلة للذوبان في الماء بالمجال خارج الخلية لمستقبلات سطح الخلية. هذه المجموعة من الأربطة متنوعة تمامًا وتشمل الجزيئات الصغيرة والببتيدات والبروتينات.

    روابط أخرى

    أكسيد النيتريك (NO) هو غاز يعمل أيضًا كجند. إنه قادر على الانتشار مباشرة عبر غشاء البلازما، وأحد أدواره هو التفاعل مع المستقبلات في العضلات الملساء والحث على استرخاء الأنسجة. تتمتع NO بنصف عمر قصير جدًا وبالتالي تعمل فقط عبر مسافات قصيرة. يعمل النتروجليسرين، وهو علاج لأمراض القلب، عن طريق تحفيز إطلاق NO، الذي يتسبب في تمدد الأوعية الدموية (توسيعها)، وبالتالي استعادة تدفق الدم إلى القلب. أصبح NO معروفًا بشكل أفضل مؤخرًا لأن المسار الذي يؤثر عليه يتم استهدافه بالأدوية الموصوفة لعلاج ضعف الانتصاب، مثل الفياجرا (يشمل الانتصاب الأوعية الدموية المتوسعة).

    ملخص

    تتواصل الخلايا عن طريق الإشارات بين الخلايا وداخلها. تفرز خلايا الإشارة روابط ترتبط بالخلايا المستهدفة وتبدأ سلسلة من الأحداث داخل الخلية المستهدفة. الفئات الأربع للإشارات في الكائنات متعددة الخلايا هي إشارات الباراكرين وإشارات الغدد الصماء وإشارات الأوتوكرين والإشارات المباشرة عبر تقاطعات الفجوات. تحدث إشارات الباراكرين عبر مسافات قصيرة. يتم نقل إشارات الغدد الصماء لمسافات طويلة عبر مجرى الدم عن طريق الهرمونات، ويتم استقبال إشارات الأوتوكرين من قبل نفس الخلية التي أرسلت الإشارة أو الخلايا المجاورة الأخرى من نفس النوع. تسمح تقاطعات الفجوة للجزيئات الصغيرة، بما في ذلك جزيئات الإشارة، بالتدفق بين الخلايا المجاورة.

    توجد المستقبلات الداخلية في السيتوبلازم الخلوي. هنا، تربط جزيئات الليجاند التي تعبر غشاء البلازما؛ وتنتقل مجمعات المستقبلات الليجاند هذه إلى النواة وتتفاعل مباشرة مع الحمض النووي الخلوي. ترسل مستقبلات سطح الخلية إشارة من خارج الخلية إلى السيتوبلازم. تشكل المستقبلات المرتبطة بالقنوات الأيونية، عند ربطها بأربطتها، مسامًا عبر غشاء البلازما الذي يمكن أن تمر عبره أيونات معينة. تتفاعل المستقبلات المرتبطة بالبروتين G مع بروتين G على الجانب السيتوبلازمي من غشاء البلازما، مما يعزز تبادل الناتج المحلي الإجمالي المقيد لـ GTP ويتفاعل مع الإنزيمات الأخرى أو القنوات الأيونية لإرسال إشارة. تنقل المستقبلات المرتبطة بالإنزيم إشارة من خارج الخلية إلى المجال داخل الخلايا لإنزيم مرتبط بالغشاء. يؤدي ربط Ligand إلى تنشيط الإنزيم. تستطيع الأربطة الصغيرة المقاومة للماء (مثل الستيرويدات) اختراق غشاء البلازما والارتباط بالمستقبلات الداخلية. لا تستطيع الأربطة المحبة للماء القابلة للذوبان في الماء المرور عبر الغشاء؛ وبدلاً من ذلك، فإنها ترتبط بمستقبلات سطح الخلية، التي تنقل الإشارة إلى داخل الخلية.

    اتصالات فنية

    الشكل\(\PageIndex{7}\): HER2 هو مستقبل كيناز التيروزين. في 30 بالمائة من سرطانات الثدي البشرية، يتم تنشيط HER2 بشكل دائم، مما يؤدي إلى انقسام الخلايا غير المنظم. لاباتينيب، وهو دواء يستخدم لعلاج سرطان الثدي، يثبط عملية التيروزين كيناز الذاتية لمستقبلات HER2 (العملية التي يضيف بها المستقبل الفوسفات إلى نفسه)، وبالتالي يقلل من نمو الورم بنسبة 50 في المائة. إلى جانب الفسفرة الذاتية، أي من الخطوات التالية سيتم تثبيطها بواسطة Lapatinib؟

    1. ربط جزيئات الإشارة، والتعتيم، والاستجابة الخلوية النهائية.
    2. الديمرة، والاستجابة الخلوية النهائية.
    3. الاستجابة الخلوية النهائية.
    4. نشاط الفوسفاتاز، والتعتيم، والاستجابة الخلوية في أسفل البخار.
    إجابة

    C. سيتم تثبيط الاستجابة الخلوية النهائية.

    الحواشي

    1. 1 أ. ب. سيغالوف، مدرسة الطبيعة. رابعا. التعلم من الفيروسات، الذات/عدم الذات 1، رقم 4 (2010): 282-298. واي كاو، إكس كوه، إل دونغ، إكس دو، إيه وو، إكس دينغ، إتش دينغ، إتش دينغ، واي شو، جيه تشين، تي جيانغ، تقدير سريع لنشاط ربط هيماغلوتينين بفيروس الإنفلونزا بمستقبلات الإنسان والطيور، بلوس ون 6، رقم 4 (2011): e18664.

    مسرد المصطلحات

    إشارة الأوتوكرين
    إشارة يتم إرسالها واستقبالها بواسطة نفس الخلايا المجاورة أو ما شابهها
    مستقبل سطح الخلية
    بروتين سطح الخلية الذي ينقل إشارة من خارج الخلية إلى الداخل، على الرغم من أن الليغند لا يدخل الخلية
    تشابك كيميائي
    مساحة صغيرة بين أطراف المحور العصبي وتشعبات الخلايا العصبية حيث تعمل الناقلات العصبية
    خلية الغدد الصماء
    الخلية التي تطلق الأربطة المشاركة في إشارات الغدد الصماء (الهرمونات)
    إشارة الغدد الصماء
    إشارة بعيدة المدى يتم تسليمها عن طريق الأربطة (الهرمونات) التي تنتقل عبر نظام الدورة الدموية للكائن الحي من خلية الإشارة إلى الخلية المستهدفة
    مستقبلات مرتبطة بالإنزيم
    مستقبلات سطح الخلية ذات المجالات داخل الخلايا المرتبطة بالإنزيمات المرتبطة بالغشاء
    المجال خارج الخلية
    منطقة مستقبل سطح الخلية الموجود على سطح الخلية
    مستقبل مرتبط بالبروتين G
    مستقبل سطح الخلية الذي ينشط بروتينات G المرتبطة بالغشاء لنقل إشارة من المستقبل إلى مكونات الغشاء القريبة
    الإشارات بين الخلايا
    التواصل بين الخلايا
    مستقبل داخلي
    (أيضًا، مستقبلات داخل الخلايا) - بروتين المستقبل الموجود في العصارة الخلوية للخلية ويرتبط بالأربطة التي تمر عبر غشاء البلازما
    وسيط داخل الخلايا
    (أيضًا، الرسول الثاني) جزيء صغير ينقل الإشارات داخل الخلية
    الإشارات داخل الخلايا
    التواصل داخل الخلايا
    مستقبل مرتبط بالقناة الأيونية
    مستقبل سطح الخلية الذي يشكل قناة غشاء بلازما، والتي تفتح عندما يرتبط الرابط بالمجال خارج الخلية (القنوات ذات البوابات)
    يجند
    جزيء تنتجه خلية إشارة ترتبط بمستقبل معين، مما يوفر إشارة في العملية
    ناقل عصبي
    رابط كيميائي يحمل إشارة من خلية عصبية إلى أخرى
    إشارة الباراكرين
    إشارة بين الخلايا القريبة يتم تسليمها بواسطة الأربطة التي تنتقل في الوسط السائل في الفراغ بين الخلايا
    مستقبلات
    البروتين في أو على الخلية المستهدفة التي ترتبط بالأربطة
    خلية إرسال الإشارات
    خلية تطلق جزيئات إشارة تسمح بالاتصال بخلية أخرى
    إشارة متشابك
    إشارة كيميائية (ناقل عصبي) تنتقل بين الخلايا العصبية
    الخلية المستهدفة
    خلية تحتوي على مستقبل للإشارة أو الليجاند من خلية إشارة