Transdukce signálu

V biologii, transdukce signálu je nějaký proces který buňka změní jeden druh signálu nebo podnětu do jiného. Procesy odkazovaly se na jako transdukce signálu často zahrnovat sekvenci biochemický reakce uvnitř buňky, který být uskutečněn enzymes a spojený přes druhé posly. Takové procesy přijmou místo jako malý čas jako milisekunda nebo jak dlouho jak nemnoho sekund. Pomaleji procesy jsou zřídka odkazoval se na jako transdukce signálu.

V mnoha procesech transdukce, rostoucí počet enzymes a jiné molekuly stanou se zapojené do událostí, které pokračují z počátečního podnětu. V takových případech řetěz kroků je odkazoval se na jak “kaskáda,” a výsledek je že malý podnět vyvolá velkou reakci.

V baktériích a jiném-organismy buňky, paleta transdukce signálu procesy kterého buňka je schopná ovlivňuje kolik cest to může působit a reagovat na jeho prostředí. V méně přímé cestě stejný je pravdivý zvířat a rostliny. Snímání ve všech formách života závisí, u buněčné úrovně, na signálové transdukci.

Tabulka s obsahem

1 přehled 1.1 podněty 1.2 odezvy 2 druhy signálů 2.3 extracelulární 2.4 intracelulární 2.5 intercelulární 2.6 hormony 3 druhy receptorů 3.7 Transmembrane receptory 3.7.1 uznání hormonu receptory transmembrane 3.7.2 transdukce signálu receptorů transmembrane změnami struktury 3.7.3 transdukce signálu receptorů transmembrane, které jsou kanály iontu 3.7.4 transdukce signálu transmembrane receptorů na změně potenciálu transmembrane 3.8 nukleární receptory 3.8.5 Steroid receptory 3.8.6 RXR - a sirotek-receptory 4 zesílení signálu 4.9 zesílení signálu u transmembrane hormonového receptoru 5 intracelulární signálové transdukce 2+ jako druhý posel 2+ 2+ 5.11 Lipophilic podporuje molekuly posla 5.12 dusičný kysličník (ne) jako druhý posel 6 otázek výzkumu 7 bližší informace 7.13 vidět také 7.14 bibliografie 7.15 zdroje používané v článku (nebo dřívější verze)

Přehled

Podněty

Životní prostředí buňky může dotýkat se toho mnoha způsoby: různé druhy molekul mohou bičovat jeho povrch, jeho tělo může být prudké nebo chlazené, to může být udeřeno světlem různých vlnových délek, se táhnul, stříhaný nebo elektrifikovaný (nervy a svaly, například). Transdukce signálu zprostředkuje jak buňky reagují na takové podněty.

Nejvíce podněty zasahují z vnější strany a se ovlivňovat s buněčnou membránou. Mnoho “signalizovat molekuly,” takový jako neurotransmitters, které dovolí nervové buňky komunikovat napříč synapses, vázat k bílkovinám receptoru v bláně a otevřít portály v tom.

Odezvy

Odezvy odjištěné signálovou transdukcí zahrnují aktivaci genu, výroba metabolické energie a buňka pohyb, například přes předělávání kostry buňky.

Aktivace Genea vede k dalším efektům od té doby, co geny jsou vyjádřeny jako bílkoviny, mnoho ze kterého být enzymes, faktory předpisu nebo jiné regulátory metabolické aktivity. Protože faktory předpisu mohou aktivovat ještě více genů podle pořadí, počáteční podnět může spustit přes signálovou transdukci výraz celé soupravy genů a panoply physiolgical událostí. Takové masové aktivace jsou často odkazoval se na jak “genetické programy,” jeden příklad být sled událostí, které se konají když vejce je zúrodněné spermií.

Druhy signálů

Extracelulární

Transdukce signálu obvykle zahrnuje vázání “extracelulární” signalizovat molekuly receptorům ta tvář ven od blány a spouště vnitřek událostí. Toto se koná přes změnu ve tvaru nebo konformaci receptoru, který nastane, když molekula signálu “zakotví” nebo zaváže. Receptory typicky odpovědět jediný ke specifické molekule nebo”ligand” pro kterého oni mají spříznění a molekuly, které jsou dokonce jen nepatrně odlišné inklinují mít žádný účinek nebo jinde se chovat jako inhibitory.

Nejvíce extracelulární chemické signály mají spříznění s vodou a jsou neschopné proniknout olejnatou bariérou položenou blánou, která obklopí buňky. Obyčejný druh extracelulárního signálu je živina. V organismu komplexu toto zahrnuje ligands zodpovědné za pocity vůně a chuť. Steroids reprezentuje příklad extracelulárních signálů, které mohou procházet přes blánu rozšířit se v buňkách, který oni jsou schopní dělat protože částečného spříznění s olejnatým okolím (vidět hydrofobní).

Intracelulární

Často, ale ne vždy, intracelulární události odjištěné externím signálem jsou zvažovány odlišný od události “transdukce” sám, který v nejpřísnější smysl odkazuje jen ke kroku, který přemění extracelulární signál intrabuněčný.

Intracelulární signalizující molekuly v eukaryotic buňkách zahrnují heterotrimeric G bílkovina, malý GTPases, cyklický nucleotides, takový jako tábor a cGMP, vápník iont, deriváty phophoinositide, takový jako Phosphatidylinositol-triphosphate (Pip₃), Diacylglycerol (DAG) a Inositol-triphosphate (₃), a různá bílkovina kinases a phosphatasess. Někteří tito jsou také nazýváni druhými posly.

Intercelulární

Pohřbítbuněčná komunikace je provedena extracelulární signalizovat a se koná v organismech komplexu, které jsou složeny z mnoha buňek. Uvnitř endocrinology, který je studium intercelulární signalizovat ve zvířatech, intercelulární signalizovat je rozdělil do sledování druhů:

• Endokrinní signály jsou produkovány endokrinními buňkami a cestováním přes krev dosáhnout všech částí těla.
• Paracrine signály zamíří na jediné buňky v okolí buňky vysílání. Neurotransmitters reprezentuje příklad.
• Autocrine signály ovlivní jediné buňky, které jsou stejného buněčného typu jako buňka vysílání. Příklad pro signály autocrine je nalezený v buňkách imunitního systému.
• Juxtacrine signály jsou přenášeny podél buněčných membrán přes bílkovinu nebo lipid komponenty neoddělitelné od blány a být schopný dojemný jeden vydávat buňku nebo buňky bezprostředně přilehlý.

Hormony

Většina z molekul, které zmocní signalizovat mezi buňkami nebo tkáněmi uvnitř jednotlivce zvíře nebo rostlina jsou známí jak”hormony.” hormon-zahájil signál transdukce udělá následující kroky:

1. Biosyntéza hormonu
2. Ukládání a vylučování hormonu.
3. Doprava hormonu k buňce cíle.
4. Uznání hormonu hormonem receptor bílkovina, vést ke změně conformational.
5. Směna a zesílení signálu, který vede k definovaným biochemickým reakcím uvnitř cílové buňky. Reakce buňek cíle mohou, podle pořadí, způsobit signál hormonu-produkovat buňku, která vede k dole-pravidlo výroby hormonu.
6. Odstranění hormonu.

Hormony a jiné signalizující molekuly mohou vystoupit z buňky odesílání exocytosis nebo jiných prostředků k dopravě blány. Buňka odesílání je typicky specializovaného typu. Jeho recipents může být jednoho typu nebo několik, jak v případě inzulínu, který odjistí různorodé a systémové účinky.

Hormony signalizovat je komplikovaný a tvrdý pitvat. Buňka může mít několik různých receptorů, které rozpoznají stejný hormon, ale aktivovat různý signál stezky transdukce; nebo různé hormony a jejich receptory mohou se odvolat na stejnou biochemickou stezku. Různé tkáňové typy mohou odpovědět rozdílně ke stejnému hormonu podnět. Tam jsou dvě třídy receptorů hormonu,”blána-spojený receptory” a intracelulární nebo”cytoplazmatický” receptory.

Druhy receptorů

Transmembrane receptory

Transmembrane receptory jsou bílkoviny, které se klenou nad tloušťkou plazmatické membrány buňky, s jedním koncem receptoru u (extracelulární domény) a jedním vnitřkem (intracelulární doména) buňka. Když extracelulární doména rozpozná hormon, celý receptor podstoupí strukturální posun, který ovlivní intracelulární doménu, vést k následné akci. V tomto případě hormon sám dělá ne projít plazmatickou membránou do buňky.

Uznání hormonu receptory transmembrane

Uznání chemické struktury hormonu receptorem hormonu používá stejný (non -covalent) mechanismy, takový jako vodíkové vazby, elektrostatické síly, hydrophobe a Van der Waals síly. Ekvivalent mezi receptorem-spojený a volný hormon se rovná

---

, s

[R] = receptor; [H] = uvolnit hormon; [HR] = receptor-svázal hormon

Důležitá hodnota pro sílu relayed signálu receptorem je koncentrace hormonu-komplex receptoru, který je definován příbuzným rys hormonu pro receptor, koncentrace hormonu a, samozřejmě, koncentrace receptoru. Koncentrace oběžného hormonu je hodnota klíče pro sílu signálu, protože jiné dvě hodnoty jsou konstantní. Pro rychlou reakci, hormon-výrobní buňky mohou uložit prehormones, a rychle upravit a vydat je jestliže nutný. Také, buňka příjemce může upravit citlivost receptoru, například phosphorylation; také, variace množství receptorů může měnit úplnou signálovou sílu v buňce příjemce.

Transdukce signálu receptorů transmembrane změnami struktury

Transdukce signálu přes plazmatickou membránu je možná jen mnoho komponent pracovat spolu. Nejprve, receptor musí rozpoznat hormon se extracelulární doménou, pak aktivovat jiné bílkoviny uvnitř cytosol s jeho cytoplazmatickou doménou, který bílkovina dělá přes posun v konformaci. Aktivované effector bílkoviny obvykle zůstanou blízké bláně, nebo být ukotven uvnitř blány lipid anchorss, modifikace posttranslational (vidět myristoilation, palmitorylation, farnesylation, geranylation a glycosyl-phosphatidyl-inositol-kotva). Mnoho blány-sdružené bílkoviny mohou být aktivovány podle pořadí, nebo se shromáždit tvořit multi-komplex bílkoviny, který nakonec dá signál přes rozpustnou molekulu do buňky.

Transdukce signálu receptorů transmembrane, které jsou kanály iontu

ligand-aktivoval kanál iontu rozpozná jeho ligand, a pak podstoupit změnu struktury, která otevře díru (kanál) v plazmatické membráně přes kterého ionty mohou projít. Tyto ionty budou pak přenášet signál. Příklad pro tento mechanismus je nalezený v přijímací buňce synapse.

Transdukce signálu transmembrane receptorů na změně potenciálu transmembrane

Kanál iontu může také se otevřít když receptor je aktivován změnou v potenciálu buňky, to je, rozdíl elektrického náboje na obou stranách blány. Jestliže takový změna nastává, iontový kanál pro receptor se otevře a nechá ionty projíždět. V neurons, tento mechanismus underlies akční potenciální popudy, které cestují podél nervů.

Nukleární receptory

Nukleární (nebo cytoplazmatický) receptory jsou rozpustné bílkoviny lokalizované uvnitř cytoplasmy nebo nucleoplasm. Hormon musí projít plazmatickou membránou, obvykle pasivním rozšiřováním, dosáhnout receptoru a zahájit kaskádu signálu. Nukleární receptory jsou ligand- aktivoval předpisové aktivátory; na vázání s ligand (hormon), oni projdou jadernou membránou do jádra a umožnit výrobu jistý gen a, tak, výroba bílkoviny.

Typické ligands pro nukleární receptory jsou hormony lipophilic, s steroid hormony (pro příklad, testosteron, progesterone a cortisol) a deriváty vitamínu a D mezi nimi. Tyto hormony hrají klíčovou roli v pravidle metabolismu, orgánové funkci, vývojových procesech a rozdílnosti buňky. Hodnota klíče pro sílu signálu je koncentrace hormonu, který je regulován:

• Biosyntéza a vylučování hormonů v endokrinní tkáni. jako příklad, hypothalamus dostane informaci, oba elektrický a chemický. To produkuje uvolňující faktory to ovlivnit hypofýzu a přinutit to produkovat glandotrope hormony který, podle pořadí, aktivovat endokrinní orgány tak že oni nakonec vyrábějí hormony pro tkáně cíle. Tento hierarchický systém počítá s zesílením originálního signálu, který dosáhl hypothalamus. Povolené hormony ztlumí výrobu těchto hormonů zábranou odezvy se vyhnout nadprodukci.
• Dostupnost hormonu v cytosol. Několik hormonů může být přeměněno na formu ukládání buňkou cíle pro pozdnějším použití. Toto redukuje množství dostupného hormonu.
• Modifikace hormonu v tkáni cíle. některé hormony mohou být upraveny buňkou cíle tak oni už ne odjistí receptor hormonu (nebo přinejmenším, ne ten stejný), účinně redukovat množství dostupného hormonu.

Nukleární receptory, které byly aktivovány hormony připevní u DNA u receptoru-přesný Hormon citlivé elementy (HREs), DNA sekvence, které jsou umístily v podporovateli oblast genů, které jsou aktivovány hormonem-komplex receptoru. Jak toto umožní předpis shodujícího se genu, tyto hormony jsou také nazvané induktory výrazu genu. Aktivace předpisu genu je hodně pomalejší než signály, které přímo ovlivní existující bílkoviny. Jako důsledek, účinky hormonů, které používají nuclearic receptory jsou obvykle dlouhodobé. Ačkoli transdukce signálu přes tyto rozpustné receptory zahrne jen nemnoho bílkovin, detaily pravidla genu jsou zatím ne studna rozuměla. Nuclearic receptory všichni mají podobnou, modulární strukturu:

N-AAAABBBBCCCCDDDDEEEEFFFF-C

kde CCCC je DNA-doména vázání, která obsahuje prsty zinku, a EEEE ligand-doména vázání. Latter je také zodpovědný za dimerization nejvíce nuclearic receptorů předchozí k DNA vázání. Jako třetí funkce, to obsahuje stavební prvky, které jsou zodpovědné za transactivation, užitý na komunikaci s aparátem translational. Prsty zinku v DNA-doména vázání stabilizovat DNA vázání kontaktem držení k páteři fosfátu DNA. DNA sekvence, které odpovídají receptoru jsou obvykle hexameric opakuje, jeden normální, převrácený nebo everted. Sekvence jsou docela podobné, ale jejich orientace a vzdálenost jsou parametry který DNA-domény vázání receptorů mohou odlišit je.

Steroid receptory

Steroid receptory jsou subclass nukleárních receptorů, umístil primárně uvnitř cytosol. V nepřítomnosti hormonu steroid, receptory drží pohromadě v komplex volal aporeceptor komplex, který také obsahuje provádět bílkoviny (také známý jako bílkoviny heatshock nebo Hsps). Hsps být nutný aktivovat receptor tím, že pomůže bílkovině k záhybu jistým způsobem takový to sekvence signálu který umožní jeho průchod do jádra je dostupný.
Steroid receptory mohou také mít represivní účinek na výraz genu, když jejich transactivation doména je skryta tak to nemůže aktivovat předpis. Dále, steroid aktivita receptoru může být zlepšena phosphorylation serine zbytků u jejich N-kabelové oko jak výsledek jiného naznačí stezku transdukce, například, růstovým faktorem. Toto chování je voláno crosstalk.

RXR - a sirotek-receptory

Tyto receptory nucleric mohou být aktivovány

• klasika endokrinní-syntetizoval hormon, který zadal buňku rozšiřováním.
• hormon, který byl se budovat uvnitř buňky (například, retinol) od předchůdce nebo prohormone, který může být přinesen k buňce přes krevní řečiště.
• hormon to bylo kompletně syntetizováno uvnitř buňky, například, prostaglandin.

Tyto receptory jsou lokalizovány v jádru a být ne doprovázený provádět bílkoviny. V nepřítomnosti hormonu, oni vážou k jejich specifické DNA sekvenci, potlačovat gen. Na aktivaci hormonem, oni aktivují předpis genu oni potlačili.

Zesílení signálu

Princip transdukce signálu je zesílení signálu. Vázání jeden nebo nemnoho molekul neurotransmitter může umožnit počet miliónů iontů. Vázání jeden nebo spravedlivý nemnoho molekul hormonu může vyvolat enzymatickou reakci to ovlivnit mnoho substrátů. Zesílení může nastat u několika bodů signálové stezky.

Zesílení signálu u transmembrane hormonového receptoru

Receptor, který byl aktivován hormonem může aktivovat mnoho dolních effector bílkoviny. Například, rhodopsin molekula v plazmatické membráně sítnice buňka v oku to bylo aktivováno fotonem moci aktivovat až 2000 effector molekul (v tomto případě, transducin) za sekundu. Síla úhrnu zesílení signálu receptorem je určována:

• Celý život hormonu-receptor-komplex. více stabilní hormon-receptor-komplex je, méně pravděpodobně hormon se odloučí od receptoru, déle receptor zůstane aktivní, tak aktivovat více bílkovin effector.
• Množství a celý život receptoru-bílkovina effector-komplex. více effector bílkovina je dostupná být aktivován receptorem, a rychleji aktivovaná effector bílkovina může se odloučit od receptoru, více effector bílkovina bude aktivuje ve stejném množství času.
• Deaktivace aktivovaného receptoru. receptor, který je se zabýval hormonem-receptor-komplex může být deaktivován, jeden covalent modifikací (například, phosphorylation), nebo internalization (viz ubiquitin).

Intracelulární signálová transdukce

Intracelulární signálová transdukce je velmi uskutečněna druhými poselskýma molekulami.

Ca²⁺ jako druhý posel

Ca²⁺ se chová jako molekula signálu uvnitř buňky. Toto pracuje tím, že těsně limituje čas a prostor když Ca²⁺ je volný (a tak aktivní). Proto, koncentrace uvolnit Ca²⁺ uvnitř buňka je obvykle velmi nízká; to je uloženo uvnitř organelles, obvykle endoplazmatické reticulum (sarkoplazmatické reticulum ve svalových buňkách), kde to je zavázáno molekulám jako calreticulin.

Aktivace Ca²⁺

Stát se aktivní, Ca²⁺ musí být propuštěn z endoplazmatického reticulum do cytosol. Jsou tam dva spojený receptor/iont soustřeďují bílkoviny, které provádějí úkol řízené dopravy Ca²⁺:

• ₃- receptor bude transportovat Ca²⁺ na vzájemném ovlivňování s inositol triphosphate (tak jméno) na jeho cytosolic straně. To sestává ze čtyř totožných subunits.
• ryanodin-receptor je jmenován po rostlině alkaloid ryanodin. To je podobné InsP₃ receptor a stimuloval transportovat Ca²⁺ do cytosol ²⁺ na jeho cytosolic straně, tak zakládat mechanismus odezvy; malé množství Ca²⁺ v cytosol blízko receptoru způsobí to k vydání dokonce více Ca²⁺. To je obzvláště důležité v neurons a svalové buňky. V srdci a slinivce buňky, další druhý posel (cyklická ADP ribóza) zúčastní se v aktivaci receptoru.

Lokalizovaný a čas-limitoval aktivitu Ca²⁺ v cytosol je také nazvaný ²⁺ vlna. Budova vlny je dělána

• mechanismus odezvy receptoru ryanodin a
• aktivace phospholipase C Ca²⁺, který vede k výrobě inositol triphosphate, který podle pořadí aktivuje InsP₃ receptor.

Funkce Ca²⁺

Ca²⁺ je používán v množství procesů, mezi nimi svalové zkracování, vydání neurotransmitter od nervových zakončení, vize v sítnici buňky, rozšíření, vylučování, cytoskeleton vedení, pohyb buňky, výraz genu a metabolismus. Tři hlavní stezky, které vedou k Ca²⁺ aktivace být:

1. G bílkovina reguloval stezky
2. Stezky regulované receptorem-kinases tyrosine
3. Ligand - nebo aktuální-reguloval kanály iontu

Tam jsou dva různé způsoby ve kterém Ca²⁺ moci regulovat bílkoviny:

1. Přímé uznání Ca²⁺ bílkovinou.
2. Vázání Ca²⁺ v aktivním centru enzyme

Jeden z nejlepších promyšlených vzájemných ovlivňování Ca²⁺ s bílkovinou je pravidlo calmodulin Ca²⁺. Calmodulin sám může upravit jiné bílkoviny, nebo být díl větší bílkoviny (například, kinase phosphorylase). Ca²⁺/ calmodulin komplex hraje důležitou roli v rozšíření, mitosis a nervové signálové transdukci.

Lipophilic podporuje molekuly posla

Jedna skupina lipophilic druhých poselských molekul sestává z inositol triphosphate a diacylglycerol. Jiní jsou ceramide a kyselina lysophosphatic.

Dusičný kysličník (ne) jako druhý posel

Plyn dusičný kysličník je volný radikál který se šíří plazmatickou membránou a ovlivňuje blízké buňky. Ne je vyrobený z arginine a kyslíku enzyme žádné synthase, s citrulinem jak vedlejším produktem. Žádné práce hlavně přes aktivaci jeho receptoru cíle, enzyme rozpustné guanylate cyclase, který když aktivovaný, produkuje druhého posla cyklický guanosin monophosphate (cGMP). Ne moci také akt přes covalent modifikaci bílkovin nebo jejich cofactors kovu. Někteří tyto modifikace jsou reverzibilní a pracují přes redox mechanismus. Ve vysokých koncentracích, ne je jedovatý, a je myšlenka být zodpovědný za nějaké poškození po mrtvici. Ne slouží třem hlavním funkcím:

1. Uvolnění krevních cest.
2. Pravidlo exocytosis neurotransmitters.
3. Buněčný imunitní odpověď.

Otázky výzkumu

Když považuje signál za stezky transdukce a sítě, význačný výzkumníci otázek jsou adresování obsahovat:

• Proč dělat tak mnoho různého signálu stezky transdukce rozdělí obyčejné chemikálie?
• Jak buňka se udržuje jeho zprávy od dobývání se křížily?
• Jsou různé stezky prostorově oddělené, nebo oni používají stejné chemikálie v různých způsobech, nebo možná spravedlivý v různých množstvích?

Bližší informace

Viz též

• G bílkovina-spojený receptor -- GTPases -- Phosphatase bílkoviny

Bibliografie

Non-technický

• Werner R. Loewenstein, Prubířský kámen života: Molekulární informace, komunikace buňky, a založení života, Oxford univerzitní tiskárna, 1999, ISBN 0195140575

Technický

• Gerhard Krauss, Biochemie transdukce signálu a pravidlo, Wiley-VCH, 1999, ISBN 3527303782
• John T. Hancock, Buňka signalizovat, Addison-Wesley, 1998 ISBN 0582312671

Zdroje používané v článku (nebo dřívější verze)

• Cosma Shalizi je “transdukce signálu” notebook od 2003-01-20 použitý pod GFDL se svolením