9.2: Uenezi wa Ishara

Ujuzi wa Kuendeleza

• Eleza jinsi kisheria kwa ligand inavyoanzisha uhamisho wa ishara katika kiini
• Kutambua jukumu la phosphorylation katika maambukizi ya ishara za intracellular
• Tathmini jukumu la wajumbe wa pili katika maambukizi ya ishara

Mara baada ya ligand kumfunga kwa receptor, ishara hupitishwa kupitia membrane na ndani ya cytoplasm. Kuendelea kwa ishara kwa namna hii inaitwa transduction ya ishara. Signal transduction hutokea tu kwa receptors uso kiini kwa sababu receptors ndani ni uwezo wa kuingiliana moja kwa moja na DNA katika kiini kuanzisha protini awali.

Wakati ligand ikifunga kwa receptor yake, mabadiliko ya kimapenzi hutokea yanayoathiri uwanja wa intracellular wa receptor. Mabadiliko ya kimapenzi ya uwanja wa ziada juu ya kisheria ya ligand yanaweza kuenea kwa njia ya mkoa wa membrane ya receptor na kusababisha uanzishaji wa uwanja wa intracellular au protini zinazohusiana. Katika baadhi ya matukio, kumfunga kwa ligand husababisha dimerization ya receptor, ambayo ina maana kwamba receptors mbili hufunga kwa kila mmoja ili kuunda tata imara inayoitwa dimer. Dimer ni kiwanja cha kemikali kilichoundwa wakati molekuli mbili (mara nyingi zinafanana) zikiungana pamoja. Kufungwa kwa receptors kwa namna hii huwezesha vikoa vyao vya intracellular kuwasiliana karibu na kuamsha.

Kufungia Inaanzisha Njia ya Kuashiria

Baada ya ligand kumfunga kwa receptor ya uso wa seli, uanzishaji wa vipengele vya ndani ya seli za receptor huweka mlolongo wa matukio inayoitwa njia ya kuashiria au kuteleza ishara. Katika njia ya kuashiria, wajumbe wa pili, enzymes, na protini zilizoamilishwa huingiliana na protini maalum, ambazo zimeanzishwa katika mmenyuko wa mnyororo ambao hatimaye husababisha mabadiliko katika mazingira ya seli (Kielelezo\(\PageIndex{1}\)). Matukio katika msimu hutokea katika mfululizo, kama vile mtiririko wa sasa katika mto. Ushirikiano ambao hutokea kabla ya hatua fulani hufafanuliwa kama matukio ya mto, na matukio baada ya hatua hiyo huitwa matukio ya chini.

Sanaa Connection

Kielelezo\(\PageIndex{1}\): epidermal ukuaji sababu (EGF) receptor (EGFR) ni receptor tyrosine kinase kushiriki katika udhibiti wa ukuaji wa seli, jeraha uponyaji, na tishu kukarabati. Wakati EGF ikifunga kwa EGFR, msimu wa matukio ya chini husababisha kiini kukua na kugawanya. Ikiwa EGFR imeanzishwa wakati usiofaa, ukuaji wa seli usio na udhibiti (kansa) unaweza kutokea.

Katika saratani fulani, shughuli ya GTPase ya RAS G-protini imezuiliwa. Hii ina maana kwamba protini ya RAS haiwezi tena hydrolyze GTP katika Pato la Taifa. Ni athari gani hii ingekuwa juu ya matukio ya chini ya mkondo mkononi?

Njia za kuashiria zinaweza kupata ngumu sana haraka sana kwa sababu protini nyingi za mkononi zinaweza kuathiri matukio tofauti ya mto, kulingana na hali ndani ya seli. Njia moja inaweza tawi kuelekea mwisho tofauti kulingana na kuingiliana kati ya njia mbili au zaidi za kuashiria, na ligands sawa mara nyingi hutumiwa kuanzisha ishara tofauti katika aina tofauti za seli. Tofauti hii katika kukabiliana ni kutokana na tofauti katika kujieleza protini katika aina tofauti za seli. Kipengele kingine cha kuchanganya ni ushirikiano wa ishara ya njia, ambapo ishara kutoka kwa receptors mbili au zaidi tofauti za uso wa kiini hujiunga ili kuamsha majibu sawa katika seli. Utaratibu huu unaweza kuhakikisha kwamba mahitaji mengi ya nje yanakabiliwa kabla ya kiini kinachofanya majibu maalum.

Madhara ya ishara ya ziada yanaweza pia kupanuliwa na cascades ya enzymatic. Wakati wa kuanzishwa kwa ishara, ligand moja hufunga kwa receptor moja. Hata hivyo, uanzishaji wa enzyme inayohusishwa na receptor inaweza kuamsha nakala nyingi za sehemu ya kuteleza ishara, ambayo huongeza ishara.

Njia za Ishara ya Intracellular

Uingizaji wa njia ya kuashiria inategemea mabadiliko ya sehemu ya seli na enzyme. Kuna marekebisho mengi ya enzymatic ambayo yanaweza kutokea, na yanatambuliwa kwa upande wake na sehemu inayofuata chini. Yafuatayo ni baadhi ya matukio ya kawaida zaidi katika ishara ya intracellular.

phosphorylation

Moja kati ya marekebisho ya kawaida ya kemikali yanayotokea katika njia za kuashiria ni kuongezewa kwa kundi la phosphate (PO ₄ ^—3) kwa molekuli kama vile protini katika mchakato unaoitwa fosforasi. Phosphate inaweza kuongezwa kwa nucleotide kama vile GMP ili kuunda Pato la Taifa au GTP. Phosphates pia huongezwa kwa mabaki ya serine, threonine, na tyrosine ya protini, ambapo hubadilisha kundi la hidroxyl la asidi ya amino (Kielelezo\(\PageIndex{2}\)). Uhamisho wa phosphate huchochewa na enzyme inayoitwa kinase. Kinases mbalimbali ni jina la substrate wao phosphorylate. Phosphorylation ya mabaki ya serine na threonine mara nyingi hufanya enzymes. Phosphorylation ya mabaki ya tyrosine yanaweza kuathiri shughuli za enzyme au kuunda tovuti ya kumfunga inayoingiliana na vipengele vya chini katika kukimbia kwa ishara. Phosphorylation inaweza kuamsha au kuzuia enzymes, na mabadiliko ya phosphorylation, deposphorylation na phosphatase, itabadilisha athari.

Kielelezo\(\PageIndex{2}\): Katika protini phosphorylation, kundi la phosphate (PO ₄ ^-3) linaongezwa kwa mabaki ya amino asidi serine, threonine, na tyrosine.

Wajumbe wa Pili

Wajumbe wa pili ni molekuli ndogo zinazoeneza ishara baada ya kuanzishwa na kumfunga kwa molekuli ya ishara kwa receptor. Molekuli hizi husaidia kueneza ishara kupitia saitoplazimu kwa kubadilisha tabia ya protini fulani za seli.

Ioni ya kalsiamu ni mjumbe wa pili wa pili. Mkusanyiko wa bure wa ioni za kalsiamu (Ca ²⁺) ndani ya seli ni mdogo sana kwa sababu pampu za ioni katika utando wa plasma hutumia adenosine-5'-triphosphate (ATP) ili kuiondoa. Kwa madhumuni ya kuashiria, Ca ^{2+huhifadhiwa} katika vidonda vya cytoplasmic, kama vile reticulum ya endoplasmic, au inapatikana kutoka nje ya seli. Wakati ishara hutokea, njia za ioni za kalsiamu za ligand-gated zinawezesha viwango vya juu vya Ca ²⁺ ambavyo viko nje ya seli (au katika vyumba vya kuhifadhi ndani ya seli) kuingia ndani ya cytoplasm, ambayo inaleta mkusanyiko wa cytoplasmic Ca ²⁺. Jibu la ongezeko la Ca ^{2+ linatofautiana}, kulingana na aina ya seli inayohusika. Kwa mfano, katika seli za β-za kongosho, ishara ya Ca ²⁺ inaongoza kwa kutolewa kwa insulini, na katika seli za misuli, ongezeko la Ca ²⁺ husababisha vipande vya misuli.

Mtume mwingine wa pili kutumika katika aina mbalimbali za seli ni mzunguko AMP (cAMP). AMP ya mzunguko hutengenezwa na cyclase ya enzyme adenylyl kutoka ATP (Kielelezo\(\PageIndex{3}\)). Jukumu kuu la CAMP katika seli ni kumfunga na kuamsha enzyme inayoitwa CAMP-tegemezi kinase (A-kinase). A-kinase inasimamia njia nyingi muhimu za kimetaboliki: Ni phosphorylates serine na mabaki ya threonine ya protini zake za lengo, kuwasha katika mchakato. A-kinase hupatikana katika aina nyingi za seli tofauti, na protini za lengo katika kila aina ya seli ni tofauti. Tofauti hutoa tofauti ya majibu ya cAMP katika seli tofauti.

Kielelezo\(\PageIndex{3}\): Mchoro huu unaonyesha utaratibu wa kuundwa kwa AMP ya mzunguko (cAMP). cAMP hutumika kama mjumbe wa pili kuamsha au kuzuia protini ndani ya seli. Kuondolewa kwa ishara hutokea wakati enzyme inayoitwa phosphodiesterase inabadilisha CAMP kuwa AMP.

Sasa katika viwango vidogo katika utando wa plasma, phospholipids ya inositol ni lipids ambazo zinaweza pia kubadilishwa kuwa wajumbe wa pili. Kwa sababu molekuli hizi ni vipengele vya membrane, ziko karibu na vipokezi vya membrane na vinaweza kuingiliana nao kwa urahisi. Phosphatidylinositol (PI) ni phospholipid kuu ambayo ina jukumu katika ishara za mkononi. Enzymes inayojulikana kama kinases fosforasi PI kuunda PI-phosphate (PIP) na PI-bisphosphate (PIP ₂).

Phospholipase C ya enzyme inaunganisha PIP ₂ kuunda diacylglycerol (DAG) na inositol triphosphate (IP ₃) (Kielelezo\(\PageIndex{4}\)). Bidhaa hizi za usafi wa PIP ₂ hutumika kama wajumbe wa pili. Diacylglycerol (DAG) inabakia katika utando wa plasma na huwezesha protini kinase C (PKC), ambayo kisha fosforylates serine na mabaki ya threonine katika protini zake za lengo. IP ₃ diffuses katika cytoplasm na kumfunga kwa njia ligand-gated calcium katika reticulum endoplasmic kutolewa Ca ²⁺ ambayo inaendelea ishara cascade.

Kielelezo\(\PageIndex{4}\): Phospholipase C enzyme hupungua PIP ₂ katika IP ₃ na DAG, wote ambao hutumikia kama wajumbe wa pili.

Muhtasari

Ligand kisheria kwa receptor inaruhusu transduction signal kupitia kiini. Mlolongo wa matukio ambayo hutoa ishara kupitia kiini huitwa njia ya kuashiria au kukimbia. Njia za kuashiria mara nyingi ni ngumu sana kwa sababu ya kuingiliana kati ya protini tofauti. Sehemu kubwa ya cascades ya kuashiria seli ni fosforasi ya molekuli na enzymes inayojulikana kama kinases. Phosphorylation inaongeza kundi la phosphate kwa mabaki ya serine, threonini, na tyrosine katika protini, kubadilisha maumbo yao, na kuamsha au kuzuia protini. Molekuli ndogo kama nyukleotidi zinaweza pia kuwa fosforasi. Wajumbe wa pili ni molekuli ndogo, zisizo za protini zinazotumiwa kusambaza ishara ndani ya seli. Baadhi ya mifano ya wajumbe wa pili ni ions calcium (Ca ²⁺), mzunguko AMP (cAMP), diacylglycerol (DAG), na inositol triphosphate (IP ₃).

Sanaa Connections

Kielelezo\(\PageIndex{1}\): Katika saratani fulani, shughuli ya GTPase ya RAS G-protini imezuiliwa. Hii ina maana kwamba protini ya RAS haiwezi tena hydrolyze GTP katika Pato la Taifa. Ni athari gani hii ingekuwa juu ya matukio ya chini ya mkondo mkononi?

Jibu

ERK itakuwa kudumu ulioamilishwa, kusababisha kuenea kwa seli, uhamiaji, kujitoa, na ukuaji wa mishipa mpya ya damu. Apoptosis ingekuwa imezuiliwa.

faharasa

mzunguko AMP (cAMP)

mjumbe wa pili kwamba ni inayotokana na ATP

mzunguko AMP-tegemezi kinase

(pia, protini kinase A, au PKA) kinase ambayo imeanzishwa kwa kumfunga kwa cAMP

diacylglycerol (DAG)

cleavage bidhaa ya PIP ₂ ambayo hutumiwa kwa ajili ya kuashiria ndani ya membrane plasma

dimer

kemikali kiwanja sumu wakati molekuli mbili kujiunga pamoja

dimerization

(ya protini za receptor) mwingiliano wa protini mbili za receptor kuunda tata ya kazi inayoitwa dimer

inositol phospholipid

lipid sasa katika viwango vidogo katika utando wa plasma ambayo inabadilishwa kuwa mjumbe wa pili; ina inositol (kabohaidreti) kama kikundi chake cha kichwa cha hydrophilic

inositol triphosphate (IP ₃)

cleavage bidhaa ya PIP ₂ ambayo hutumiwa kwa ajili ya kuashiria ndani ya kiini

kinase

enzyme ambayo huchochea uhamisho wa kundi la phosphate kutoka ATP hadi molekuli nyingine

mjumbe wa pili

ndogo, isiyo ya protini molekuli ambayo hueneza ishara ndani ya seli baada ya kuanzishwa kwa receptor husababisha kutolewa

ushirikiano wa ishara

mwingiliano wa ishara kutoka kwa receptors mbili au zaidi ya uso wa kiini ambazo zinaunganisha ili kuamsha majibu sawa katika seli

uhamisho wa ishara

uenezi wa ishara kupitia cytoplasm (na wakati mwingine pia kiini) cha seli

njia ya kuashiria

(pia ishara hutoka) mlolongo wa matukio ambayo hutokea katika cytoplasm ya seli ili kueneza ishara kutoka kwenye membrane ya plasma ili kuzalisha majibu