9.1 Signalointimolekyylit ja solureseptorit - Biologia 2e

Oppimistavoitteet

Tämän osion loppuun mennessä voit tehdä seuraavat:

Kuvaile neljän tyyppistä signaalimekanismia, joita löytyy monisoluisista organismeista
Vertaa sisäisiä reseptoreita solun pinnan reseptoreihin
Tunnista ligandin rakenteen ja sen toimintamekanismin välinen suhde

Elävien solujen maailmassa on kahdenlaista kommunikaatiota. Solujen välistä viestintää kutsutaansolujen välinen signalointi, ja solun sisäistä viestintää kutsutaansolunsisäinen signalointi. Helppo tapa muistaa ero on ymmärtää etuliitteiden latinalainen alkuperä:inter-tarkoittaa "välillä" (esimerkiksi leikkaavat viivat ovat ne, jotka ylittävät toisensa) jasisäinentarkoittaa "sisällä" (kuten suonensisäisessä).

Kemiallisia signaaleja vapauttaasignalointisolutpienten, yleensä haihtuvien tai liukoisten molekyylien muodossa, joita kutsutaan ligandeiksi. Aligandion molekyyli, joka sitoo toisen tietyn molekyylin, joissakin tapauksissa välittäen signaalin prosessissa. Ligandeja voidaan siten ajatella signalointimolekyyleinä. Ligandit ovat vuorovaikutuksessa proteiinien kanssakohdesoluja, jotka ovat soluja, joihin kemialliset signaalit vaikuttavat; näitä proteiineja kutsutaan myösreseptorit. Ligandeja ja reseptoreita on useita erilaisia; spesifisellä ligandilla on kuitenkin spesifinen reseptori, joka tyypillisesti sitoo vain tuon ligandin.

Signaloinnin muodot

Monisoluisissa organismeissa on neljä kemiallisen signaloinnin luokkaa: parakriininen signalointi, endokriininen signalointi, autokriininen signalointi ja suora signalointi aukkojen risteyksissä (Kuva 9.2). Suurin ero eri signalointikategorioiden välillä on matka, jonka signaali kulkee organismin läpi saavuttaakseen kohdesolun. Tässä on syytä huomata, että samat signaalit eivät vaikuta kaikkiin soluihin.

9.1 Signalointimolekyylit ja solureseptorit - Biologia 2e | OpenStax (1)

Kuva9.2 Kemiallisessa signaloinnissa solu voi kohdistaa itsensä (autokriininen signalointi), aukkoliitoksilla yhdistettyyn soluun, läheiseen soluun (parakriininen signalointi) tai etäiseen soluun (endokriininen signalointi). Parakriininen signalointi vaikuttaa lähellä oleviin soluihin, endokriininen signalointi käyttää verenkiertojärjestelmää ligandien kuljettamiseen ja autokriininen signalointi signalointisoluun. Rakoliitosten kautta tapahtuva signalointi käsittää signalointimolekyylit, jotka liikkuvat suoraan vierekkäisten solujen välillä.

Parakriininen signalointi

Signaaleja, jotka toimivat paikallisesti lähellä toisiaan olevien solujen välillä, kutsutaanparakriiniset signaalit. Parakriinisignaalit liikkuvat diffuusion kautta solunulkoisen matriisin läpi. Tämäntyyppiset signaalit saavat yleensä aikaan nopeita vastauksia, jotka kestävät vain lyhyen ajan. Jotta vaste pysyisi paikallisena, parakriiniset ligandimolekyylit hajoavat normaalisti nopeasti entsyymien toimesta tai ne poistuvat naapurisoluista. Signaalien poistaminen palauttaa signaalin pitoisuusgradientin, jolloin ne voivat levitä nopeasti solunsisäiseen tilaan, jos ne vapautetaan uudelleen.

Yksi esimerkki parakriinisesta signaloinnista on signaalien siirto synapsien läpi hermosolujen välillä. Hermosolu koostuu solurungosta, useista lyhyistä haarautuneista jatkeista, joita kutsutaan dendriiteiksi ja jotka vastaanottavat ärsykkeitä, ja pitkästä jatkeesta, jota kutsutaan aksoniksi, joka välittää signaaleja muille hermosoluille tai lihassoluille. Hermosolujen välistä risteystä, jossa signaalin välitys tapahtuu, kutsutaan synapsiksi. Asynaptinen signaalion kemiallinen signaali, joka kulkee hermosolujen välillä. Signaalit hermosoluissa leviävät nopeasti liikkuvilla sähköimpulsseilla. Kun nämä impulssit saavuttavat aksonin pään, signaali jatkuu seuraavan solun dendriittiin vapauttamalla kemiallisia ligandeja ns.välittäjäaineetpresynaptisesta solusta (signaalia lähettävästä solusta). Välittäjäaineet kulkeutuvat hyvin pienillä etäisyyksillä (20–40 nanometriä) hermosolujen välillä, joita kutsutaan ns.kemialliset synapsit(Kuva 9.3). Hermosolujen välinen pieni etäisyys mahdollistaa signaalin nopean kulkemisen; Tämä mahdollistaa välittömän vastauksen, kuten "Ota kätesi pois liedeltä!"

Kun välittäjäaine sitoo postsynaptisen solun pinnalla olevan reseptorin, kohdesolun sähkökemiallinen potentiaali muuttuu ja seuraava sähköimpulssi laukeaa. Kemialliseen synapsiin vapautuvat välittäjäaineet hajoavat nopeasti tai ne imeytyvät uudelleen presynaptiseen soluun, jotta vastaanottajahermosolu voi toipua nopeasti ja olla valmis reagoimaan nopeasti seuraavaan synaptiseen signaaliin.

9.1 Signalointimolekyylit ja solureseptorit - Biologia 2e | OpenStax (2)

Kuva9.3 Presynaptisen solun ja postsynaptisen solun välinen etäisyys, jota kutsutaan synaptiseksi aukoksi, on hyvin pieni ja mahdollistaa välittäjäaineen nopean diffuusion. Synapaattisen aukon entsyymit hajottavat tietyntyyppisiä välittäjäaineita signaalin päättämiseksi.

Endokriininen signalointi

Kaukaisista soluista tulevia signaaleja kutsutaanendokriiniset signaalit, ja ne ovat peräisinendokriiniset solut. (Kehossa monet endokriiniset solut sijaitsevat endokriinisissä rauhasissa, kuten kilpirauhasessa, hypotalamuksessa ja aivolisäkkeessä.) Tämäntyyppiset signaalit tuottavat yleensä hitaamman vasteen, mutta niillä on pidempi vaikutus. Endokriinisessa signaloinnissa vapautuvia ligandeja kutsutaan hormoneiksi, signaalimolekyyleiksi, joita tuotetaan yhdessä kehon osassa, mutta jotka vaikuttavat muihin kehon alueisiin jonkin matkan päässä.

Hormonit kulkevat pitkiä matkoja endokriinisolujen ja niiden kohdesolujen välillä verenkierron kautta, mikä on suhteellisen hidas tapa liikkua koko kehossa. Kuljetusmuodonsa vuoksi hormonit laimentuvat ja ovat läsnä pieninä pitoisuuksina, kun ne vaikuttavat kohdesoluihinsa. Tämä eroaa parakriinisesta signaloinnista, jossa ligandien paikalliset pitoisuudet voivat olla hyvin korkeita.

Autokriininen signalointi

Autokriiniset signaalitniitä tuottavat signalointisolut, jotka voivat myös sitoutua vapautuvaan ligandiin. Tämä tarkoittaa, että signalointisolu ja kohdesolu voivat olla sama tai samankaltainen solu (etuliiteauto-tarkoittaa itseään, muistutusta siitä, että signalointisolu lähettää signaalin itselleen). Tämän tyyppistä signalointia esiintyy usein organismin varhaisessa kehityksessä sen varmistamiseksi, että solut kehittyvät oikeiksi kudoksiksi ja ottavat asianmukaisen toiminnan. Autokriininen signalointi säätelee myös kiputuntemusta ja tulehdusvasteita. Lisäksi, jos solu on infektoitunut viruksella, solu voi signaloida itsensä läpikäyvänsä ohjelmoidun solukuoleman, mikä tappaa viruksen prosessissa. Joissakin tapauksissa vapautunut ligandi vaikuttaa myös samantyyppisiin viereisiin soluihin. Alkion kehityksessä tämä vierekkäisten solujen ryhmän stimulointiprosessi voi auttaa ohjaamaan identtisten solujen erilaistumista samaan solutyyppiin, mikä varmistaa oikean kehitystuloksen.

Suora merkinanto väliliitosten yli

Rakoliitokset eläimillä japlasmodesmatakasveissa ovat yhteyksiä naapurisolujen plasmakalvojen välillä. Nämä nesteellä täytetyt kanavat mahdollistavat pienet signalointimolekyylit, nssolunsisäiset välittäjät, diffundoitumaan kahden solun välillä. Pienet molekyylit tai ionit, kuten kalsiumionit (Ca²⁺), pystyvät liikkumaan solujen välillä, mutta suuret molekyylit, kuten proteiinit ja DNA, eivät mahdu kanavien läpi. Kanavien spesifisyys varmistaa, että solut pysyvät itsenäisinä, mutta voivat lähettää signaaleja nopeasti ja helposti. Signalointimolekyylien siirto välittää suoraan kohdesolun vieressä olevan solun nykyisen tilan; tämä sallii soluryhmän koordinoida vastauksensa signaaliin, jonka vain yksi niistä on saattanut vastaanottaa. Kasveissa,plasmodesmataovat kaikkialla, mikä tekee koko laitoksesta jättimäisen viestintäverkon.

Reseptorityypit

Reseptorit ovat kohdesolussa tai sen pinnalla olevia proteiinimolekyylejä, jotka sitovat ligandia. Reseptoreita on kahdenlaisia, sisäiset reseptorit ja solun pinnan reseptorit.

Sisäiset reseptorit

Sisäiset reseptorit, joka tunnetaan myös solunsisäisinä tai sytoplasmisina reseptoreina, löytyy solun sytoplasmasta ja ne reagoivat hydrofobisiin ligandimolekyyleihin, jotka pystyvät kulkemaan plasmakalvon läpi. Kun monet näistä molekyyleistä ovat solun sisällä, ne sitoutuvat proteiineihin, jotka toimivat mRNA-synteesin (transkription) säätelijöinä geeniekspression välittämiseksi. Geeniekspressio on soluprosessi, jossa solun DNA:ssa oleva informaatio muunnetaan aminohapposekvenssiksi, joka lopulta muodostaa proteiinin. Kun ligandi sitoutuu sisäiseen reseptoriin, tapahtuu konformaatiomuutos, joka paljastaa DNA:ta sitovan kohdan proteiinissa. Ligandi-reseptorikompleksi siirtyy tumaan, sitoutuu sitten kromosomaalisen DNA:n spesifisiin säätelyalueisiin ja edistää transkription alkamista (Kuva 9.4). Transkriptio on prosessi, jossa kopioidaan solun DNA:ssa olevat tiedot erityiseen RNA:n muotoon, jota kutsutaan lähetti-RNA:ksi (mRNA). solu käyttää mRNA:ssa olevaa tietoa (joka siirtyy sytoplasmaan ja assosioituu ribosomeihin) linkittääkseen tietyt aminohapot oikeassa järjestyksessä ja tuottaen proteiinia. Sisäiset reseptorit voivat vaikuttaa suoraan geenien ilmentymiseen ilman, että niiden tarvitsee välittää signaalia muille reseptoreille tai lähettiläille.

9.1 Signalointimolekyylit ja solureseptorit - Biologia 2e | OpenStax (3)

Kuva9.4 Hydrofobiset signalointimolekyylit tyypillisesti diffundoituvat plasmakalvon poikki ja ovat vuorovaikutuksessa solunsisäisten reseptorien kanssa sytoplasmassa. Monet solunsisäiset reseptorit ovat transkriptiotekijöitä, jotka ovat vuorovaikutuksessa DNA:n kanssa tumassa ja säätelevät geenin ilmentymistä.

Solupinnan reseptorit

Solun pinnan reseptorit, joka tunnetaan myös nimellä transmembraanireseptorit, ovat solun pintaan ankkuroituja (integraalisia) proteiineja, jotka sitoutuvat ulkoisiin ligandimolekyyleihin. Tämäntyyppinen reseptori kattaa plasmakalvon ja suorittaa signaalinsiirron, jonka kautta solunulkoinen signaali muunnetaan solunsisäiseksi signaaliksi. Ligandien, jotka ovat vuorovaikutuksessa solun pinnan reseptoreiden kanssa, ei tarvitse päästä soluun, johon ne vaikuttavat. Solupinnan reseptoreita kutsutaan myös soluspesifisiksi proteiineiksi tai markkereiksi, koska ne ovat spesifisiä yksittäisille solutyypeille.

Koska solun pinnan reseptoriproteiinit ovat perustavanlaatuisia solujen normaalille toiminnalle, ei pitäisi olla yllättävää, että minkä tahansa näistä proteiineista johtuvalla toimintahäiriöllä voi olla vakavia seurauksia. Tiettyjen reseptorimolekyylien proteiinirakenteissa olevien virheiden on osoitettu vaikuttavan verenpaineeseen (korkeaan verenpaineeseen), astmaan, sydänsairauksiin ja syöpään.

Jokaisella solun pinnan reseptorilla on kolme pääkomponenttia: ulkoinen ligandia sitova domeeni, jota kutsutaan nimelläsolunulkoinen domeeni, hydrofobinen kalvon kattava alue, jota kutsutaan transmembraaniseksi domeeniksi, ja solun sisällä oleva solunsisäinen domeeni. Kunkin näiden domeenien koko ja laajuus vaihtelevat suuresti riippuen reseptorin tyypistä.

Evoluutioyhteys

Kuinka virukset tunnistavat isännän

Toisin kuin elävissä soluissa, monilla viruksilla ei ole plasmakalvoa tai mitään aineenvaihdunnan ylläpitämiseen tarvittavia rakenteita. Jotkut virukset koostuvat yksinkertaisesti inertistä proteiinikuoresta, joka sulkee sisäänsä DNA:ta tai RNA:ta. Voidakseen lisääntyä virusten on tunkeuduttava elävään soluun, joka toimii isäntänä, ja otettava sitten haltuunsa isäntien solulaitteisto. Mutta miten virus tunnistaa isäntänsä?

Virukset sitoutuvat usein isäntäsolun solupinnan reseptoreihin. Esimerkiksi ihmisen influenssaa (flunssa) aiheuttava virus sitoutuu spesifisesti hengityselinten solujen kalvojen reseptoreihin. Kemialliset erot solun pinnan reseptoreissa isäntien välillä tarkoittavat, että virus, joka infektoi tiettyä lajia (esimerkiksi ihmisiä), ei useinkaan voi infektoida toista lajia (esimerkiksi kanoja).

Viruksissa on kuitenkin hyvin pieniä määriä DNA:ta tai RNA:ta ihmisiin verrattuna, ja tämän seurauksena virusten lisääntyminen voi tapahtua nopeasti. Viruksen lisääntyminen tuottaa poikkeuksetta virheitä, jotka voivat johtaa muutoksiin äskettäin tuotetuissa viruksissa; nämä muutokset tarkoittavat, että virusproteiinit, jotka ovat vuorovaikutuksessa solun pinnan reseptoreiden kanssa, voivat kehittyä siten, että ne voivat sitoutua reseptoreihin uudessa isännässä. Tällaisia muutoksia tapahtuu satunnaisesti ja melko usein viruksen lisääntymiskierrossa, mutta muutoksilla on merkitystä vain, jos uusilla sitoutumisominaisuuksilla varustettu virus joutuu kosketuksiin sopivan isännän kanssa. Influenssan tapauksessa tämä tilanne voi syntyä ympäristöissä, joissa eläimet ja ihmiset ovat läheisessä kosketuksessa, kuten siipikarja- ja sikatiloilla.¹Kun virus hyppää entisen "lajin esteen" uudelle isännälle, se voi levitä nopeasti. Tutkijat tarkkailevat äskettäin ilmaantuvia viruksia (kutsutaan nouseviksi viruksiksi) tarkasti siinä toivossa, että tällainen seuranta voi vähentää maailmanlaajuisten virusepidemioiden todennäköisyyttä.

Solun pinnan reseptorit osallistuvat useimpiin monisoluisten organismien signalointiin. Solupinnan reseptoreita on kolme yleistä luokkaa: ionikanavaan kytketyt reseptorit, G-proteiiniin kytketyt reseptorit ja entsyymikytketyt reseptorit.

Ionikanavaan kytketyt reseptoritsitoa ligandin ja avaa kanavan kalvon läpi, joka sallii tiettyjen ionien kulkemisen. Kanavan muodostamiseksi tämän tyyppisellä solupinnan reseptorilla on laaja kalvon kattava alue. Voidakseen vuorovaikutuksessa fosfolipidirasvahappopyrstöjen kaksinkertaisen kerroksen kanssa, jotka muodostavat plasmakalvon keskuksen, monet kalvon ylittävän alueen aminohapoista ovat luonteeltaan hydrofobisia. Sitä vastoin kanavan sisäpuolella olevat aminohapot ovat hydrofiilisiä sallien veden tai ionien kulkemisen. Kun ligandi sitoutuu kanavan solunulkoiseen alueeseen, proteiinin rakenteessa tapahtuu konformaatiomuutos, joka mahdollistaa ionien, kuten natriumin, kalsiumin, magnesiumin ja vedyn, kulkemisen (Kuva 9.5).

9.1 Signalointimolekyylit ja solureseptorit - Biologia 2e | OpenStax (4)

Kuva9.5 Plasmakalvossa sijaitsevat aidatut ionikanavat mahdollistavat ionien hallitun virtauksen soluun ja sieltä ulos. Kanavaproteiinit pysyvät suljettuina, kunnes signaalimolekyyli (oranssi kyynelpisara) sitoutuu kanavaproteiiniin. Sitten kanavaproteiini muuttaa konformaatiota ja sallii ionien (keltaisten ympyröiden) virrata soluun (tai ulos). Kun signalointimolekyyli vapautuu, kanavaproteiini palaa suljettuun muotoonsa, mikä estää ionien virtauksen. Luotto: Rao, A. ja Fletcher, S. Biologian laitos, Texas A&M University.

G-proteiiniin kytketyt reseptoritsitovat ligandia ja aktivoivat kalvoproteiinia, jota kutsutaan G-proteiiniksi. Aktivoitu G-proteiini on sitten vuorovaikutuksessa joko ionikanavan tai kalvossa olevan entsyymin kanssa (Kuva 9.6). Kaikilla G-proteiiniin kytketyillä reseptorilla on seitsemän transmembraanidomeenia, mutta jokaisella reseptorilla on oma spesifinen ekstrasellulaarinen domeeni ja G-proteiinia sitova kohta.

Solujen signalointi G-proteiiniin kytkeytyneiden reseptoreiden avulla tapahtuu syklisenä tapahtumasarjana. Ennen kuin ligandi sitoutuu, inaktiivinen G-proteiini voi sitoutua äskettäin paljastettuun kohtaan reseptorilla, joka on spesifinen sen sitoutumiselle. Kun G-proteiini sitoutuu reseptoriin, tuloksena oleva muodonmuutos aktivoi G-proteiinin, joka vapauttaa guanosiinidifosfaattia (GDP) ja poimii guanosiini-3-fosfaattia (GTP). Sitten G-proteiinin alayksiköt jakautuvataalayksikkö jaeKralayksikkö. Toinen tai molemmat näistä G-proteiinifragmenteista voivat kyetä aktivoimaan muita proteiineja seurauksena. Hetken kuluttua GTP on aktiivinenaG-proteiinin alayksikkö hydrolysoituu BKT:ksi jaeKralayksikkö on deaktivoitu. Alayksiköt yhdistyvät uudelleen muodostaen inaktiivisen G-proteiinin ja sykli alkaa alusta.

9.1 Signalointimolekyylit ja solureseptorit - Biologia 2e | OpenStax (5)

Kuva9.6 Heterotrimeerisillä G-proteiineilla on kolme alayksikköä:a,b, jac. Kun signalointimolekyyli sitoutuu G-proteiiniin kytkettyyn reseptoriin plasmakalvossa, GDP-molekyyli liittyyaalayksikkö vaihdetaan GTP:hen. Thebjacalayksiköt dissosioituvataalayksikkö, ja soluvasteen laukaisee jokoaalayksikkö tai dissosioitunuteKrpari. GTP:n hydrolyysi GDP:ksi lopettaa signaalin.

G-proteiiniin kytkeytyviä reseptoreita on tutkittu laajasti ja niiden roolista terveyden ylläpitämisessä on opittu paljon. Ihmisille patogeeniset bakteerit voivat vapauttaa myrkkyjä, jotka katkaisevat G-proteiiniin kytkeytyneen reseptorin toiminnan, mikä johtaa sairauksiin, kuten hinkuyskä, botulismi ja kolera. Kolerassa (Kuva 9.7), esimerkiksi vesivälitteinen bakteeriVibrio choleraetuottaa myrkkyä, kolerageenia, joka sitoutuu ohutsuolen soluihin. Myrkky pääsee sitten näihin suoliston soluihin, missä se modifioi G-proteiinia, joka säätelee kloridikanavan avautumista ja saa sen pysymään jatkuvasti aktiivisena, mikä johtaa suuriin nestehävikkiin kehosta ja mahdollisesti kuolemaan johtavasta nestehukasta.

9.1 Signalointimolekyylit ja solureseptorit - Biologia 2e | OpenStax (6)

Kuva9.7 Pääasiassa saastuneen juomaveden välityksellä tarttuva kolera on merkittävä kuolinsyy kehitysmaissa ja alueilla, joilla luonnonkatastrofit estävät puhtaan veden saatavuuden. Kolerabakteeri,Vibrio cholerae, luo toksiinin, joka muokkaa G-proteiinivälitteisiä solujen signalointireittejä suolistossa. Nykyaikainen sanitaatio eliminoi koleraepidemioiden uhan, kuten sen, joka pyyhkäisi läpi New Yorkin vuonna 1866. Tämä tuon aikakauden juliste osoittaa, kuinka taudin tarttumistapaa ei tuolloin ymmärretty. (luotto: New York City Sanitary Commission)

Entsyymeihin liittyvät reseptoritovat solun pinnan reseptoreita, joissa on solunsisäisiä domeeneja, jotka liittyvät entsyymiin. Joissakin tapauksissa itse reseptorin solunsisäinen domeeni on entsyymi. Muilla entsyymikytketyillä reseptorilla on pieni solunsisäinen domeeni, joka on suoraan vuorovaikutuksessa entsyymin kanssa. Entsyymikytketyillä reseptoreilla on normaalisti suuret solunulkoiset ja solunsisäiset domeenit, mutta kalvon ylittävä alue koostuu yhdestä peptidijuosteen alfakierteisestä alueesta. Kun ligandi sitoutuu solunulkoiseen domeeniin, signaali siirtyy kalvon läpi aktivoiden entsyymin. Entsyymin aktivointi käynnistää solussa tapahtumien ketjun, joka lopulta johtaa vasteeseen. Yksi esimerkki tämän tyyppisistä entsyymikytketyistä reseptoreista on tyrosiinikinaasireseptori (Kuva 9.8). Kinaasi on entsyymi, joka siirtää fosfaattiryhmiä ATP:stä toiseen proteiiniin. Tyrosiinikinaasireseptori siirtää fosfaattiryhmiä tyrosiinimolekyyleihin (tyrosiinitähteisiin). Ensinnäkin signalointimolekyylit sitoutuvat kahden läheisen tyrosiinikinaasireseptorin solunulkoiseen domeeniin. Kaksi vierekkäistä reseptoria sitoutuvat sitten yhteen tai dimerisoituvat. Fosfaatteja lisätään sitten tyrosiinitähteisiin reseptorien intrasellulaarisessa domeenissa (fosforylaatio). Fosforyloidut tähteet voivat sitten lähettää signaalin seuraavalle lähettilään sytoplasmassa.

Visuaalinen yhteys

9.1 Signalointimolekyylit ja solureseptorit - Biologia 2e | OpenStax (7)

Kuva9.8 Reseptorityrosiinikinaasi on entsyymikytketty reseptori, jossa on yksi kierteinen transmembraanialue ja solunulkoiset ja solunsisäiset alueet. 2) Signalointimolekyylin sitoutuminen solunulkoiseen domeeniin aiheuttaa reseptorin dimerisoitumisen. 3) Solunsisäisen domeenin tyrosiinitähteet autofosforyloituvat sitten, 4) laukaisevat alavirran soluvasteen. Signaalin lopettaa fosfataasi, joka poistaa fosfaatit fosfotyrosiinitähteistä. Luotto: Rao, A., Ryan, K., Tag, A., Fletcher, S. ja Hawkins, A. Biologian laitos, Texas A&M University.

HER2 on reseptorityrosiinikinaasi. 30 prosentissa ihmisen rintasyövistä HER2 aktivoituu pysyvästi, mikä johtaa säätelemättömään solujen jakautumiseen. Lapatinibi, rintasyövän hoitoon käytettävä lääke, estää HER2-reseptorin tyrosiinikinaasin autofosforylaatiota (prosessi, jolla reseptori lisää fosfaatteja itseensä), mikä vähentää kasvaimen kasvua 50 prosentilla. Mitä seuraavista vaiheista Lapatinibi estäisi autofosforylaation lisäksi?

Signaloiva molekyylin sitoutuminen, dimerisaatio ja alavirran soluvaste
Dimerisaatio ja alavirran soluvaste
Alavirran soluvaste
Fosfataasin aktiivisuus, dimerisaatio ja alaspäin tapahtuva soluvaste

Signalointimolekyylit

Signalointisolujen ja sitä seuraavan sitoutumisen kohdesolujen reseptoreihin tuottamat ligandit toimivat kemiallisina signaaleina, jotka kulkevat kohdesoluihin koordinoimaan vasteita. Ligandeina toimivat molekyylityypit ovat uskomattoman erilaisia ja vaihtelevat pienistä proteiineista pieniin ioneihin, kuten kalsium (Ca²⁺).

Pienet hydrofobiset ligandit

Pienet hydrofobiset ligandit voivat diffundoitua suoraan plasmakalvon läpi ja olla vuorovaikutuksessa sisäisten reseptorien kanssa. Tämän ligandiluokan tärkeitä jäseniä ovat steroidihormonit. Steroidit ovat lipidejä, joissa on hiilivetyrunko, jossa on neljä sulautunutta rengasta; eri steroideilla on erilaisia funktionaalisia ryhmiä kiinnittyneenä hiilirunkoon. Steroidihormoneihin kuuluvat naissukupuolihormoni, estradioli, joka on eräänlainen estrogeeni; miessukupuolihormoni, testosteroni; ja kolesteroli, joka on tärkeä biologisten kalvojen rakennekomponentti ja steroidihormonien esiaste (Kuva 9.9). Muita hydrofobisia hormoneja ovat kilpirauhashormonit ja D-vitamiini. Jotta hydrofobiset ligandit olisivat veressä liukoisia, niiden on sitouduttava kantajaproteiineihin, kun ne kuljetetaan verenkierron läpi.

9.1 Signalointimolekyylit ja solureseptorit - Biologia 2e | OpenStax (8)

Kuva9.9 Steroidihormoneilla on samanlaiset kemialliset rakenteet kuin niiden esiasteella, kolesterolilla. Koska nämä molekyylit ovat pieniä ja hydrofobisia, ne voivat diffundoitua suoraan plasmakalvon läpi soluun, jossa ne ovat vuorovaikutuksessa sisäisten reseptorien kanssa.

Vesiliukoiset ligandit

Vesiliukoiset ligandit ovat polaarisia eivätkä siksi voi kulkea plasmamembraanin läpi ilman apua; joskus ne ovat liian suuria kulkeakseen kalvon läpi ollenkaan. Sen sijaan useimmat vesiliukoiset ligandit sitoutuvat solun pinnan reseptorien ekstrasellulaariseen domeeniin. Tämä ligandien ryhmä on melko monipuolinen ja sisältää pieniä molekyylejä, peptidejä ja proteiineja.

Muut ligandit

Typpioksidi (NO) on kaasu, joka toimii myös ligandina. Se pystyy diffundoitumaan suoraan plasmakalvon läpi, ja yksi sen tehtävistä on olla vuorovaikutuksessa sileän lihaksen reseptoreiden kanssa ja indusoida kudoksen rentoutumista. NO:lla on hyvin lyhyt puoliintumisaika ja siksi se toimii vain lyhyillä etäisyyksillä. Nitroglyseriini, sydänsairauksien hoito, vaikuttaa laukaisemalla NO:n vapautumista, mikä saa verisuonet laajentumaan (laajentumaan), mikä palauttaa verenkierron sydämeen. NO on tullut tunnetummaksi viime aikoina, koska sen vaikutusreitti kohdistuu reseptilääkkeisiin erektiohäiriöihin, kuten Viagra (erektioon liittyy laajentuneita verisuonia).

As an enthusiast deeply immersed in the intricacies of cellular signaling, I bring forth a wealth of knowledge to dissect the concepts outlined in the provided article. My understanding spans a breadth of topics, ranging from the fundamental types of signaling mechanisms in multicellular organisms to the intricate workings of receptors and the diverse array of ligands involved. Let's delve into the key concepts presented in the article.

Types of Signaling Mechanisms:

1. Intercellular vs. Intracellular Signaling:

Intercellular signaling occurs between cells, while intracellular signaling transpires within a cell.
Chemical signals, known as ligands, play a pivotal role in cellular communication.

2. Forms of Signaling:

Paracrine Signaling:
- Signals act locally between close cells.
- Quick responses with short durations.
- Examples include synaptic signaling between nerve cells.
Endocrine Signaling:
- Signals from distant cells, involving hormones.
- Slower responses but longer-lasting effects.
- Transported via the bloodstream.
Autocrine Signaling:
- Cells release signals that bind to receptors on their own surface.
- Ensures proper tissue development and regulates processes like inflammation.
Direct Signaling Across Gap Junctions:
- Involves connections (gap junctions) allowing direct communication between adjacent cells.
- Found in animals and plasmodesmata in plants.

Receptors:

1. Types of Receptors:

Internal Receptors:
- Found in the cytoplasm, respond to hydrophobic ligands.
- Influence gene expression directly.
Cell-Surface Receptors:
- Transmembrane proteins that bind external ligands.
- Essential for normal cell functioning.
- Three main categories: ion channel-linked, G-protein-linked, and enzyme-linked receptors.

2. Cell-Surface Receptor Types:

Ion Channel-Linked Receptors:
- Bind ligands and open channels for specific ion passage.
- Conformational changes upon ligand binding regulate ion flow.
G-Protein-Linked Receptors:
- Activate G-proteins, initiating a series of cyclic events.
- Vital in health maintenance, disruptions can lead to diseases.
Enzyme-Linked Receptors:
- Associated with enzymes, activation triggers a cellular response.
- Tyrosine kinase receptors, a subset, phosphorylate tyrosine residues.

Signaling Molecules:

1. Ligands:

Small Hydrophobic Ligands:
- Steroid hormones (e.g., estrogen, testosterone) can diffuse through the plasma membrane.
Water-Soluble Ligands:
- Polar ligands that bind to cell-surface receptors.
- Diverse group including peptides and proteins.
Other Ligands:
- Nitric oxide (NO), a gas, can diffuse directly across membranes.
- Plays a role in inducing smooth muscle relaxation and is utilized in medications like Viagra.

In summary, the intricate dance of cellular signaling involves a myriad of mechanisms, receptors, and ligands. From paracrine signaling to the diverse functions of cell-surface receptors, this article provides a comprehensive overview of the communication networks that govern multicellular organisms.

9.1 Signalointimolekyylit ja solureseptorit - Biologia 2e | OpenStax (2024)