Conţinutul principal
Biblioteca de biologie
Curs: Biblioteca de biologie > Unitatea 13
Lecția 1: Cum își transmit celulele semnaleRăspuns la un semnal
Numeroasele moduri în care celulele își pot schimba comportamentul ca răspuns la un semnal.
Prezentare generală: răspunsuri celulare
Căile de semnalizare celulară variază semnificativ. Semnalele (adică liganzii) și receptorii sunt variați, iar legarea poate declanșa o gama largă de cascade de transmisii de semnal în interiorul celulei, de la simple și scurte, la lungi și complexe.
În ciuda cestor diferențe, căile de semnalizare împart un scop comun: de la produce un anumit tip de răspuns celular. Adică, semnalul este eliberat de celula semnalizatoare cu scopul de a determina celula țintă să se modifice într-un anume fel.
În anumite cazuri, putem descrie un răspuns celular și la nivelul molecular și la cel macroscopic (la scală înaltă, vizibil).
- La nivelul molecular, putem observa modificări precum o creștere a transcripției unor anumite gene sau a activității anumitor enzime.
- La nivel macroscopic, putem observa modificări ale comportamentului exterior sau ale aspectului celulei, precum creșterea sau moartea celulei, care sunt cauzate de modificările moleculare.
În acest articol, ne vom uita la exemple de răspunsuri celulare la semnalizare care se petrec și la nivelul "micro", și la nivelul "macro".
Expresia genelor
Multe căi de semnalizare determină un răspuns celular care implică o modificarea a expresiei genelor. Expresia genelor este procesul în care informația dintr-o genă este utilizată de celulă pentru a produce un produs funcțional, de-obicei o proteină. Este formată din doi pași principali, transcripția și translația.
- Transcripția formează un transcript (copie) de ARN dintr-o secvență de ADN a unui gene.
- Translația citește informația din ARN și o utilizează pentru a forma proteine.
Căile de semnalizare pot viza unul sau ambii pași pentru a modifica cantitatea dintr-o anumită proteină produsă într-o celulă.
Exemplu: Semnalizarea factorului de creștere
Putem folosi calea factorului de creștere din articolul despre releul de semnal ca exemplu pentru a vedea cum căiile de semnalizare modifică transcrpiția și translația.
Această cale a factorului de creștere are multe ținte, pe care le activează printr-o cascadă de semnalizare care implică fosforilarea (adiția unei grupări fosfat la molecule). Unele dintre țintele căii aunt factor de transcripție, proteine care cresc sau scad transcripția anumitor gene. În cazul semnalizării factorului de creștere, genele au efecte care declanșează creșterea și diviziunea celulelorstart superscript, 1, end superscript. Un factor de transcripție țintit de cale este c-Myc, o proteină care duce la cancer atunci când este prea activă ("prea bună" la promovarea diviziunii celulare)start superscript, 2, comma, 3, end superscript.
Calea factorului de creștere afectează și expresia genelor la nivelul translației. De exemplu, una dintre țintele acesteia este un reglementator translațional numit MNK1. MNK1 activ crește rata de translație a mARN, în special pentru anumite mARN care se întorc la forma inițială pentru a forma structuri în formă de agrafă (care, în mod normal, blochează translația). Multe gene esențiale reglementează diviziunea și supraviețuirea celulară și prezintă mARN care fomează structuri în formă de agrafă de păr, iar MNK1 permite acestor gene să fie exprimate la nivele înalte, declanșând creșterea și diviziuneastart superscript, 4, comma, 5, end superscript.
Interesant este că nici c-Myc, nici MNK1 nu este un "răspunzător final" în cadrul căii factorului de creștere. În schimb, acești factori de reglementare, și alții ca ei, promovează sau reprimă producerea altor proteine (bulinele portocalii din ilustrația de mai sus) care sunt implicate mai direct în creșterea și diviziunea celulară.
Metabolismul celular
Unele căi de semnalizare produc un răspuns metabolic, în care enzimele metabolice din celulă devin mai mult sau mai puțin active. Putem vedea cum funcționează acestea luând în considerare semnalizarea adrenalinei în celulele musculare. Adrenalina, cunoscută și sub numele de epinefină, este un hormon (produc de glanda adrenală) care radiază corpul pe termen scurt în caz de urgențe. Dacă ai emoții înainte de un test sau competiție, este probabil că glanda ta adrenală să pompeze epinefină.
Atunci când epinefina se leagă de receptorul său, o celulă musculară (un tip de receptor cu proteină cuplată G), declanșează o cascadă de transducție a semnalelor care implică producerea moleculei de mesager secundar AMP ciclic (cAMP). Această cascadă duce la fosforilarea a două enzime metabolice-adică, adiția unei grupări de fosfat, determinând o modificare în comportamentul enzimei.
Prima enzimă este glicogen fosforilaza (GP). Rolul acestei enzime este de a descompune glicogenul în glucoză. Glicogenul este o forma a glucozei pentru stocare, iar atunci când este necesară energie, glicogenul trebuie descompus. Fosforilarea activează glicogen fosforilaza, determinănd eliberarea glucozei.
Cea de-a doua enzimă care este fosforilată este glicogen-sintaza (GS). ACeastă enzimă este implicată în formarea glicogenului, iar fosforilarea îi inhibează activitatea. Acest fapt asigură că nu se mai produce glicogen în momentul în care este nevoie ca acesta să fie descompus.
Prin reglementarea acestor enzime, o celulă musculară primește o cantitate mare de molecule de glucoză gata să fie folosite. Glucoza este disponibilă pentru celulele musculare ca răspuns la o creștere bruscă a adrenalinei-răspunsul "luptă sau fugi".
Rezultate la scală mare a semnalizării celulare
Tipurile de răspunsuri pe care le-am discutat mai sus sunt evenimente la nivel molecular. Totuși, în general, căile de semnalizare declanșează un eveniment molecular (sau o întreagă gamă de evenimente moleculare) pentru a produce un efect mai mare.
De exemplu, semnalizarea factorului de creștere determină o varietate de modificări moleculare, inclusiv activarea factorului de transcripție de c-Myc și reglementatorul de translație MNK1, pentru a promova răspunsul mai larg al proliferării celulelor (creștere și diviziune). De asemenea, epinefina declanșează activarea glicogen fosforilazei și descompunerea glicogenului pentru a furniza o celulă musculară cu combustibil pentru răspuns rapid.
Alte rezultate la scală înaltă importante ale semnalizării celulare includ migrarea celulară, modificări în identitatea celulară și inducția apoptozei (moartea celulară programată).
Exemplu: Apoptoza
Atunci când o celulă este deteriorată, inutilă, sau reprezintă un posibil rsic pentru organism, poate să treacă prin moartea celulară programată, sau apoptoză. Apoptoza permite unei celule să moară într-o manieră controlată care previne eliberarea în interiorul celulei a moleculelor potențial periculoase.
Semnalele interne (precum cele declanșate de ADN deteriorat) pot duce la apoptoză, precum și semnalele din exteriorul celulei. De exemplu, majoritatea celulelor animale prezintă receptori care interacționează cu matricea extracelulară, o rațea de proteine și carbohidrați. Dacă celula se deplasează din matricea extracelulară, semnalizarea prin acești receptori se oprește, iar celula intră în apoptoză. Acest sistem previne celulele din a călători prin corp și a prolifera fără control (și este "stricat" în cazul celulelor canceroase care metastatează, sau se răspândesc în zone noi).
Mai mult, apoptoza este esențială pentru dezvoltarea normală a embrionului. La vertebre, de exemplu, stadiile inițiale ale dezvoltării includ formarea țesurului dintre ce vor deveni, într-un final, degete de la mâini și picioare. În timpul dezvoltării normale, aceste celule inutile trebuie să fie eliminate, permițând fomarea degetelor separate. Un mecanism de semnalizare celulară declanșează apoptoza, care distruge celulele dintre degetele din dezvoltare.
Vrei să te alături conversației?
Nici o postare încă.