ძირითადი მასალა
კურსი: ბიოლოგია > თემა 11
გაკვეთილი 1: როგორ უგზავნიან უჯერდები სიგნალებს ერთმანეთსსიგნალზე პასუხი
უჯრედთა მრავალი სხვადასხვანაირი საპასუხო რეაქცია სიგნალზე.
მიმოხილვა: უჯრედული პასუხი
უჯრედის სასიგნალო გზები მრავალფეროვანია. სიგნალები (ანუ ლიგანდები) და რეცეპტორებიც სხვადასხვა სახის არსებობს, მათი დაკავშირება კი სიგნალის გადაცემის მრავალნაირ კასკადს შეიძლება აღძრავდეს უჯრედში, დაწყებული მარტივი და მოკლედან, დამთავრებული გრძელი და რთულით.
ამ განსხვავებების მიუხედავად, სასიგნალო გზებს ერთი საერთო მიზანი აქვთ: ისინი უჯრედულ პასუხს იწვევენ. სხვანაირად რომ ვთქვათ, სიგნალი ერთი უჯრედიდან მეორისკენ იგზავნება, რათა სამიზნე უჯრედის ქცევა განსაზღვრული გზით შეიცვალოს.
ზოგ შემთხვევაში უჯრედული პასუხი მოლეკულურ დონეზეც შეგვიძლია აღვწეროთ და მაკროსკოპულზეც (დიდმასშტაბიან, ანუ თვალით ხილულ, დონეზე).
- მოლეკულურ დონეზე უჯრედული პასუხი გამოიხატება განსაზღვრული გენების ტრანსკრიფციის ან კონკრეტული ფერმენტების გააქტიურებით.
- მაკროსკოპულ დონეზე ცვლილება შესაძლოა უჯრედის ქცევაში ან გარეგნობაში შევნიშნოთ. ეს შეიძლება, იყოს უჯრედის ზრდა ან სიკვდილი, რასაც მოლეკულურ დონეზე მომხდარი ცვლილებები იწვევს.
ამ სტატიაში განვიხილავთ სიგნალზე უჯრედული პასუხის მაგალითებს, მიკრო და მაკროსკოპულ დონეზე.
გენის ექსპრესია
მრავალი სასიგნალო გზის უჯრედული პასუხი გენის ექსპრესიის ცვლილებას მოიცავს. გენის ექსპრესია პროცესია, რომლის დროსაც გენში ჩაწერილ ინფორმაციას, ინსტრუქციას უჯრედი ფუნქციური პროდუქტის, როგორც წესი, ცილის, ასაწყობად იყენებს. ექსპრესიას ორი ძირითადი საფეხური აქვს: ტრანსკრიფცია და ტრანსლაცია.
- ტრანსკრიფციის დროს გენის დნმ-თანმიმდევრობის რნმ-ტრანსკრიპტი (ასლი) წარმოიქმნება.
- ტრანსლაცია გულისხმობს რნმ-იდან ამ ინფორმაციის ამოკითხვას და მის მიხედვით ცილის აწყობას.
სასიგნალო გზები ერთ ან ორივე საფეხურზე მოქმედებენ, რათა შეცვალონ სამიზნე ცილის შემცველობა უჯრედში.
მაგალითი: ზრდის ფაქტორების სასიგნალო გზა
იმის უკეთ გასაგებად, როგორ ცვლიან სასიგნალო გზები ტრანსკრიფციასა და ტრანსლაციას, შეგვიძლია, ზრდის ფაქტორების მაგალითი გამოვიყენოთ სიგნალის გადაცემის სტატიიდან.
ზრდის ფაქტორების სასიგნალო გზას მრავალი სამიზნე აქვს და ისინი სასიგნალო კასკადში ფოსფორილების (მოლეკულაზე ფოსფატის ჯგუფის დამატების) გზით აქტიურდებიან. სამიზნეების ნაწილი ტრანსკრიფციის ფაქტორებია, ცილები, რომლებიც ზრდიან ან ამცირებენ განსაზღვრული გენების ტრანსკრიფციის ინტენსივობას. ამ გენების ექსპრესიის საბოლოო შედეგი უჯრედის ზრდა და დაყოფაა
ზრდის ფაქტორების სასიგნალო გზა გენის ექსპრესიაზე ტრანსლაციის დონეზეც მოქმედებს. ასე მაგალითად, ამ გზის ერთ-ერთი სამიზნე ტრანსლაციის რეგულატორი MNK1-ია. MNK1 ზრდის ი-რნმ-ების ტრანსლაციის დონეს, განსაკუთრებით კი მათსას, რომლებიც თმის სარჭის მსგავსად იკეცებიან (ეს ნორმაში ხელს უშლის ტრანსლაციას). უჯრედის დაყოფისა და გადარჩენის მარეგულირებელი მრავალი მნიშვნელოვანი გენის შესაბამისი ი-რნმ სწორედ თმის სარჭისმაგვარ სტრუქტურას წარმოქმნის, MNK1 კი საშუალებას აძლევს მათ, ინტენსიურად ექსპრესირდნენ, რაც საბოლოოდ უჯრედის ზრდისა და დაყოფის სტიმულაციას იწვევს
უნდა აღინიშნოს, რომ არც c-Myc და არც MNK1 არაა ზრდის ფაქტორის სასიგნალო გზის „საბოლოო მოპასუხე". ისინი, სხვა მარეგულირებენ ფაქტორებთან ერთად, ზრდიან ან ამცირებენ განსაზღვრული ცილების წარმოქმნას (სტაფილოსფერი ლაქები ზედა ილუსტრაციაზე) და შემდეგ ეს ცილები ერთვებიან პირადად უჯრედების დაყოფისა და ზრდის პროცესებში.
უჯრედული მეტაბოლიზმი
ზოგი სასიგნალო გზა მეტაბოლურ პასუხს იწვევს, რაც გულისხმობს ნივთიერებათა ცვლის ფერმენტების აქტივობის ზრდას ან შემცირებას უჯრედში. მოდით, ამის მაგალითად განვიხილოთ ადრენალინის სასიგნალო გზა კუნთის უჯრედებში. ადრენალინი, იგივე ეპინეფრინი, თირკმელზედა ჯირკვლებში წარმოქმნილი ჰორმონია და იგი ორგანიზმს ხანმოკლე „გადაუდებელი სიტუაციებისთვის" ამზადებს. თუ გამოცდის ან შეჯიბრის წინ ნერვიულობთ, თქვენი თირკმელზედა ჯირკვალი, სავარაუდოდ, ეპინეფრინს ტუმბავს და ტუმბავს სისხლში.
ეპინეფრინის დაკავშირებისას კუნთის უჯრედის რეცეპტორთან (მიეკუთვნება G ცილასთან შეუღლებულ რეცეპტორებს) ირთვება სასიგნალო კასკადი, რომელშიც მეორეული მესენჯერი ციკლური ამფ (ც-ამფ) წარმოიქმნება. კასკადის ბოლოს ორი ფერმენტი ფოსფორილდება (ანუ ფოსფატის ჯგუფი ემატება), რაც მათი აქტივობის შეცვლას იწვევს.
პირველი ფერმენტი გლიკოგენფოსფორილაზაა (გფ). მისი ფუნქციაა, გლიკოგენი გლუკოზის მოლეკულებად დაშალოს. გლიკოგენი გლუკოზას სამარაგო ფორმაა და იგი მაშინ იშლება, როცა ორგანიზმს ენერგია სჭირდება. ფოსფორილება ააქტიურებს გლიკოგენფოსფორილაზას და მისი წყალობით დიდი რაოდენობით გლუკოზა გამოთავისუფლდება.
მეორე ფოსფორილებული ფერმენტი გლიკოგენსინთაზაა (გს). იგი მონაწილეობს გლიკოგენის წარმოქმნაში, ფოსფორილება კი მის დათრგუნვას იწვევს. ამის წყალობით გლიკოგენის ახალი მოლეკულები არ წარმოიქმნება მაშინ, როცა ზუსტად საპირისპირო, გლიკოგენის დაშლაა საჭირო.
ამ ფერმენტების რეგულაციით კუნთის უჯრედი უცებვე იღებს გლუკოზას დიდ, მზამზარეულ მარაგს. ეს ყველაფერი ადრენალინის უეცარი მოზღვავების შედეგად ხდება, რასაც „იბრძოლე ან გაიქეცი" პასუხი ეწოდება.
უჯრედის სასიგნალო გზების დიდმასშტაბიანი შედეგები
ზემოთ განვიხილეთ უჯრედული პასუხები მოლეკულურ დონეზე, თუმცა სასიგნალო გზა, როგორც წესი, მოლეკულურ ცვლილებას (ან ცვლილებათა მთელ წყებას) იმისთვის იწვევს, რომ უფრო დიდმასშტაბიანი შედეგი მივიღოთ.
მაგალითად, ზრდის ფაქტორის სასიგნალო გზა სხვადასხვა მოლეკულურ ცვლილებას იწვევს, მათ შორის c-Myc ტრანსკრიფციის ფაქტორისა და MNK1 ტრანსლაციის რეგულატორის გააქტიურებას, რათა საბოლოოდ უფრო დიდი შედეგი - უჯრედის გამრავლება (ზრდა და დაყოფა) გამოიწვიოს. ამის მსგავსად, ეპინეფრინი გლიკოგენფოსფორილაზას ააქტიურებს და გლიკოგენის დაშლას იწვევს, რათა კუნთის უჯრედებს საწვავი ჰქონდეთ სწრაფი პასუხისთვის.
უჯრედის სასიგნალო გზების სხვა, ასევე დიდმასშტაბიანი შედეგებია უჯრედების მიგრაცია, მათი იდენტობის ცვლილება და აპოპტოზის (უჯრედის დაპროგრამებული სიკვდილის) ინდუქცია.
მაგალითი: აპოპტოზი
დაზიანებული, არასაჭირო ან ორგანიზმისთვის პოტენციურად სახიფათო უჯრედი, წესით, დაპროგრამებული სიკვდილით, ანუ აპოპტოზით, უნდა დაიღუპოს. აპოპტოზის წყალობით უჯრედები „მოწესრიგებულად" იღუპებიან, ისე, რომ მათი შიგთავსიდან მავნე მოლეკულები არ გამოთავისუფლდეს.
აპოპტოზი შესაძლოა, გამოიწვიოს შინაგანმა სიგნალებმა (მაგ. დნმ-ის დაზიანების პასუხად აღძრულმა), ისევე, როგორც გარეგანმა. მაგალითად, ცხოველური უჯრედების უმრავლესობას აქვს რეცეპტორები, რომლებიც უჯრედგარე მატრიქსთან, ცილებისა და ნახშირწყლების საყრდენ ქსელთან, ურთიერთქმედებენ. თუ უჯრედი მატრიქსს დაშორდა, ამ რეცეპტორებიდან სიგნალები აღარ მოდის და უჯრედი აპოპტოზით იღუპება. ეს სისტემა უზრუნველჰყოფს, რომ უჯრედებმა თავისუფლად არ იმოძრაონ ორგანიზმში და უკონტროლოდ არ გამრავლდნენ (სწორედ ეს სისტემაა „გაფუჭებული" ავთვისებიანი სიმსივნის უჯრედებში და ამიტომ მეტასტაზირებენ ისინი, ანუ სხვაგან ვრცელდებიან).
აპოპტოზი ასევე აუცილებელია ემბრიონის ნორმალური განვითარებისთვის. მაგალითად, ხერხემლიანებში, განვითარების ადრეულ საფეხურზე წარმოიქმნება ერთიანი ქსოვილი, რომლისგანაც შემდეგ ცალკეული თითები ყალიბდება. ნორმალური განვითარებისას თითებს შორის არსებული ქსოვილი უნდა გაქრეს ანუ მისი უჯრედები აპოპტოზის გზით უნდა დაიღუპოს, რათა თითები გამოცალკევდეს ერთმანეთისგან. სწორედ უჯრედული სასიგნალო გზები იწვევენ აპოპტოზსა და ზედმეტი შუამდებარე უჯრედების მოშორებას.
გსურთ, შეუერთდეთ დისკუსიას?
პოსტები ჯერ არ არის.