If you're seeing this message, it means we're having trouble loading external resources on our website.

თუ ვებფილტრს იყენებთ, დარწმუნდით, რომ *.kastatic.org და *.kasandbox.org დომენები არ არის დაბლოკილი.

ძირითადი მასალა

ლიგანდები და რეცეპტორები

სასიგნალო მოლეკულების სახეები და რეცეპტორები, რომლებსაც ისინი უკავშირდებიან სამიზნე უჯრედებზე. უჯრედშიდა რეცეპტორები, ლიგანდ-დამოკიდებული იონური არხები, G ცილასთან შეუღლებული რეცეპტორები და რეცეპტორული ტიროზინკინაზები.

შესავალი

ისევე, როგორც ათასობითკილომეტრიანი მოგზაურობა იწყება ერთი ნაბიჯით, სიგნალის გამტარ რთულ უჯრედშიდა გზასაც ერთი მოვლენა უძღვის წინ - სასიგნალო მოლეკულის, ანუ ლიგანდის, დაკავშირება თავის რეცეპტორთან.
რეცეპტორები და ლიგანდები მრავალნაირია, მაგრამ ყველას ერთი რამ აქვს საერთო: ისინი ზუსტად არიან დაწყვილებულნი. რეცეპტორი მხოლოდ ერთ (ან რამდენიმე) სპეციფიკურ ლიგანდს ამოიცნობს, ლიგანდი კი მხოლოდ ერთ (ან რამდენიმე) სამიზნე რეცეპტორს უკავშირდება. ლიგანდის რეცეპტორთან მიბმას მოჰყვება რეცეპტორის ფორმის ან აქტიურობის შეცვლა, რის შედეგადაც სიგნალი გადაიცემა ან პირდაპირი ცვლილება ხდება უჯრედში.
სიგნალის გატარების საფეხურები: ლიგანდისა და რეცეპტორის დაკავშირება, სიგნალის გადაცემა, პასუხი.
ამ სტატიაში მხოლოდ პირველ საფეხურზე (სიგნალის მიღებაზე) ვისაუბრებთ.
ამ სტატიაში რეცეპტორებისა და ლიგანდების სხვადასხვა სახეს განვიხილავთ, ვნახავთ, როგორ ურთიერთქმედებენ ისინი უჯრედის გარედან მოსული ინფორმაციის უჯრედშიდა ცვლილებად გარდასაქმნელად.

რეცეპტორების სახეობები

რეცეპტორების მრავალი სახე არსებობს, მაგრამ მათი დაყოფა ორ ძირითად ჯგუფად შეგვიძლია: უჯრედშიდა რეცეპტორები, რომლებიც უჯრედის შიგნით არიან (ციტოპლაზმაში ან ბირთვში) და უჯრედის ზედაპირული რეცეპტორები, რომლებიც პლაზმურ მემბრანაზე მდებარეობენ.

უჯრედშიდა რეცეპტორები

უჯრედშიდა რეცეპტორები, როგორც წესი, ციტოპლაზმაში ან ბირთვში განლაგებული ცილებია. როგორც წესი, მათი ლიგანდები პატარა, ჰიდროფობური (წყლისმოშიში) მოლეკულებია, რადგან მათ პლაზმური მემბრანის გადალახვა უნდა შეძლონ რეცეპტორამდე მისაღწევად. ჰიდროფობური სტეროიდული ჰორმონების, მაგალითად სასქესო ჰორმონი ესტრადიოლისა (მიეკუთვნება ესტროგენებს) და ტესტოსტერონის, პირველადი რეცეპტორები უჯრედის შიგნით მდებარეობს1,2.
როცა ჰორმონი უჯრედში შედის და თავის რეცეპტორს უკავშირდება, რეცეპტორის ფორმა იცვლება ისე, რომ რეცეპტორ-ჰორმონის კომპლექსმა ბირთვში შეაღწიოს (თუ ისედაც იქ არ იყო) და გენების აქტივობა დაარეგულიროს. ჰორმონის დაკავშირებისას რეცეპტორის ისეთი ადგილები გამოჩნდება, რომელებსაც დნმ-ის განსაზღვრულ თანმიმდევრობებთან დაკავშირება შეუძლია. ეს თანმიმდევრობები უჯრედის დნმ-ში კონკრეტული გენების მეზობლად მდებარეობს და რეცეპტორის მათთან დაკავშირება ამ გენების ტრანსკრიფციის ინტენსივობას ცვლის.
უჯრედშიდა რეცეპტორის მქონე სასიგნალო გზის დიაგრამა. ლიგანდი გადაკვეთს პლაზმურ მემბრანას და ციტოპლაზმაში მდებარე რეცეპტორს უკავშირდება. ეს რეცეპტორი შემდეგ ბირთვში გადაინაცვლებს და ტრანსკრიფციის რეგულირების მიზნით დნმ-ს ებმის.
სურათის წყაროა: „სასიგნალო მოლეკულები და უჯრედის რეცეპტორები: სურათი 3," მფლობელი ოპენსტაქსის კოლეჯი, ბიოლოგია (CC BY 3,0).
მრავალი სასიგნალო გზა, მიუხედავად იმისა, უჯრედშიდა იქნება რეცეპტორი, თუ ზედაპირული, გენების ტრანსკრიფციის ცვლილებას იწვევს საბოლოოდ, თუმცა უჯრედშიდა რეცეპტორები მაინც განსაკუთრებულია, რადგან ისინი ამ ცვლილებას პირდაპირ, დნმ-თან „პირადად" დაკავშირებით იწვევენ.

უჯრედის ზედაპირული რეცეპტორები

უჯრედის ზედაპირული რეცეპტორები მემბრანაში ჩაშენებული ცილებია, რომლებიც უჯრედის გარეთ მდებარე ლიგანდებს უკავშირდება. ამ შემთხვევაში ლიგანდს პლაზმური მემბრანის გადაკვეთა აღარ უწევს. შესაბამისად, ზედაპირული რეცეპტორების ლიგანდები მრავალი სხვადასხვა მოლეკულა შეიძლება იყოს, მათ შორის დიდი, ჰიდროფილური, ანუ წყლის მოყვარული, ნივთიერებები.
ტიპურ ზედაპირულ რეცეპტორს რამდენიმე დომენი, ანუ უბანი, აქვს: უჯრედგარე, ლიგანდდამკავშირებელი დომენი, ჰიდროფობური, მემბრანაში ჩაშენებული დომენი და უჯრედშიდა დომენი, რომელიც სიგნალს შიგნით გადასცემს. ამ უბნების ზომა და აგებულება განსხვავებულია სხვადასხვა ტიპის რეცეპტორებში, ხოლო ჰიდროფობური დომენი შესაძლოა, მემბრანაში მრავალჯერ გამავალი ამინომჟავური ჯაჭვებისგან შედგებოდეს.
უჯრედის ზედაპირული რეცეპტორების მრავალი სახე არსებობს, მაგრამ აქ სამ ძირითადს განვიხილავთ: ლიგანდ-დამოკიდებული არხული რეცეპტორები, G ცილასთან დაკავშირებული რეცეპტორები და რეცეპტორული ტიროზინკინაზები.

ლიგანდ-დამოკიდებული იონ-არხული რეცეპტორები

ლიგანდ-დამოკიდებული იონ-არხული რეცეპტორები იონების გამტარი არხებია, რომლებიც ლიგანდის დაკავშირების საპასუხოდ იღება. ამისთვის უჯრედის ზედაპირულ რეცეპტორის ტრანსმემბრანულ უბანში ჰიდროფილური (წყლის მოყვარული) არხი უნდა იყოს განთავსებული. არხის მეშვეობით იონები ისე გაივლის მემბრანას, რომ არ უწევს მის ჰიდროფობურ, ორმაგ ფოსფოლიპიდურ შრესთან შეხება.
ლიგანდის უჯრედგარე დომენთან დაკავშირებისას ცილის სტრუქტურა ისე იცვლება, რომ განსაღვრულ იონებს, მაგ. Ca2+-ს ან Cl-ს, მასში გავლა შეუძლიათ. ზოგ შემთხვევაში საპირისპირო ხდება: არხი, ჩვეულებრივ, ღიაა, ლიგანდის დაკავშირებისას კი იხურება. უჯრედის გარეთ იონთა კონცენტრაციის ცვლილებამ სხვა მოლეკულების, მაგ. იონ-დამკავშირებელი ფერმენტებისა და ვოლტაჟდამოკიდებული არხების, აქტივობის შეცვლა და შესაბამისი პასუხი შეიძლება გამოიწვიოს. ნეირონებს, ანუ ნერვულ უჯრედებს, ლიგანდ-დამოკიდებული არხები აქვთ, რომელთაც ნეიროტრანსმიტერები უკავშირდება.
ლიგანდ-დამოკიდებული იონური არხის დიაგრამა. ლიგანდის დაკავშირებისას პლაზმურ მემბრანაში მდებარე დახურული არხი იხსნება და იონები მასში გაივლის თავიანთი კონცენტრაციული გრადიენტის მიხედვით (უჯრედიდან გარეთ გავა ან მასში შევა).
მოდიფიცირებული სურათის წყაროა „სასიგნალო მოლეკულები და უჯრედული რეცეპტორები: სურათი 4", ოპენსტაქსის კოლეჯი, ბიოლოგია (CC BY 3,0).

G ცილასთან დაკავშირებული რეცეპტორები

G ცილასთან დაკავშირებული რეცეპტორები (GPCR-ები) უჯრედის ზედაპირული რეცეპტორების დიდი ოჯახია და მათ საერთო აგებულება და სიგნალის გადაცემის გზა აქვთ. GPCR ოჯახის ყველა წევრს შვიდი ტრანსმემბრანული, ანუ მემბრანის გადამკვეთი, უბანი აქვს და ყველა მათგანი სიგნალს უჯრედის შიგნით სპეციალური G ცილის დახმარებით გადასცემს (უფრო დეტალურად იხ. ქვემოთ).
ეს რეცეპტორები მრავალნაირია და მრავალ სხვადასხვა ლიგანდს უკავშირდება. GPCR ოჯახის ერთი განსაკუთრებით საინტერესო წევრია ყნოსვის რეცეპტორები. ადამიანებს დაახლოებით 800 სახის ყნოსვის რეცეპტორი აქვთ და თითოეული მათგანი თავის შესაბამის „სუნის მოლეკულას" უკავშირდება - ანუ რაიმე ნივთიერებას სუნამოში ან გაფუჭებული თევზიდან გამოთავისუფლებულ ნაერთს - რის შედეგადაც სიგნალი ტვინში იგზავნება და ჩვენ სუნს ვგრძნობთ!3
თუ ლიგანდი არ არის, G ცილასთან დაკავშირებული რეცეპტორები პლაზმურ მემბრანაში არააქტიურია. ამ რეცეპტორთა ნაწილს არააქტიურ მდგომარეობაში უკვე დაკავშირებული აქვს სამიზნე მოლეკულა, G ცილა4.
G ცილები სხვადასხვანაირია, მაგრამ ყველა მათგანი ნუკლეოტიდ გუანოზინტრიფოსფატს (გტფ) უკავშირდება და მას შლის (ჰიდროლიზი) გდფ-მდე (გუანოზინდიფოსფატი). გტფ-სთან დაკავშირებული G ცილა აქტიურია, ანუ „ჩართულია", გდფ-სთან დაკავშირებული კი არააქტიური, ანუ „გამორთული". GPCR რეცეპტორებთან დაკავშირებული G ცილები სამი სუბერთეულისგან შედგება და ამიტომ მათ ჰეტეროტრიმერული G ცილები ეწოდება. არააქტიურ რეცეპტორთან მიბმული G ცილები „გამორთულ" მდგომარეობაშია (ისინი უკავშირდებიან გდფ-ს).
GPCR სასიგნალო გზის ციკლის დიაგრამა.
  1. სასიგნალო მოლეკულის GPCR-თან დაკავშირებისას G ცილის ალფა სუბერთეული გდფ-ს გტფ-ზე ცვლის.
  2. ალფა სუბერთეული შორდება ბეტა და გამა სუბერთეულებს და ურთიერთქმედებს სხვა მოლეკულებთან, რაც უჯრედულ პასუხს აღძრავს (ბეტა და გამა სუბერთეულები ზოგჯერ ასევე მონაწილეობენ სიგნალის გადაცემაში).
  3. გტფ ჰიდროლიზდებ და გდფ წარმოიქმნება, სასიგნალო მოლეკულა კი რეცეპტორს შორდება.
  4. ალფა სუბერთეული რეცეპტორს, ბეტა და გამა სუბერთეულებს ისევ უკავშირდება.
ციკლი ხელახლა მეორდება ახალი ლიგანდის რეცეპტორთან დაკავშირებისას.
მოდიფიცირებული სურათის წყაროა „სასიგნალო მოლეკულები და უჯრედული რეცეპტორები: სურათი 5", ოპენსტაქსის კოლეჯი, ბიოლოგია (CC BY 3,0).
თუმცა ლიგანდის დაკავშირება ყველაფერს ცვლის: GPCR აქტიურდება და G ცილა გდფ-ს გტფ-ზე ცვლის. გააქტიურებული G ცილა ორ ნაწილად იშლება (ერთს α სუბერთეული ეწოდება, მეორე კი β და γ სუბერთეულებისგან შედგება) და რეცეპტორს შორდება. გათავისუფლებული სუბერთეულები სხვა ცილებთან ურთიერთქმედებენ, სასიგნალო გზის ჩართვასა და უჯრედულ პასუხს იწვევენ.
საბოლოოდ α სუბერთეული გტფ-ს ისევ გდფ-მდე დაშლის და G ცილა ისევ არააქტიური ხდება. არააქტიურ მდგომარეობაში G ცილა ისევ სამნაწილიან მოლეკულად იქცევა და რეცეპტორს უკავშირდება. G ცილასთან დაკავშირებული რეცეპტორებით სიგნალების გადაცემა ციკლური პროცესია და ყოველი ციკლი თავიდან იწყება ახალი ლიგანდის დაკავშირებისას.
G ცილასთან დაკავშირებული რეცეპტორები მრავალ სხვადასხვა ფუნქციას ასრულებს ადამიანის ორგანიზმში და მათი მუშაობის დარღვევამ შესაძლოა დაავადებებიც გამოიწვიოს.

რეცეპტორული ტიროზინკინაზები

ფერმენტთან შეუღლებული რეცეპტორები უჯრედის ზედაპირული რეცეპტორებია, რომელთა უჯრედშიდა დომენიც ფერმენტთანაა დაკავშირებული. ზოგ შემთხვევაში უჯრედშიდა დომენი თავად არის ფერმენტი და შეუძლია რეაქციის კატალიზება, ზოგჯერ კი უჯრედშიდა უბნები რაიმე ფერმენტთან ურთიერთქმედებს5.
რეცეპტორული ტიროზინკინაზები (რთკ) ფერმენტთან შეუღლებული რეცეპტორების ოჯახია, რომელიც ადამიანებსა და მრავალ სხვა სახეობაში გვხვდება. ზოგადად, ნებისმიერ ფერმენტს, რომელიც ფოსფატის ჯგუფს უკავშირებს ცილას ან სხვა სამიზნე მოლეკულას, კინაზა ეწოდება. რეცეპტორული ტიროზინკინაზები ფოსფატის ჯგუფს ჯაჭვში ამინომჟავა თიროზინს უკავშირებენ.
როგორ მუშაობს რთკ სასიგნალო გზა? ჩვეულებრივ, სასიგნალო მოლეკულები ჯერ ორი, ერთმანეთთან ახლოს მდებარე რთკ-ის უჯრედგარე უბნებს უკავშირდებიან. შემდეგ ეს ორი მეზობელი რეცეპტორი ერთმანეთს უერთდება, რასაც დიმერიზაცია ეწოდება. ამის მერე თითოეული რეცეპტორი მეორეს უჯრედშიდა დომენს ფოსფატის ჯგუფს უკავშირებს თიროზინის ნაშთზე. ფოსფორილებული თიროზინი უჯრედში სხვა მოლეკულებს გადასცემს სიგნალს.
რეცეპტორული ტიროზინკინაზების დიაგრამა, რომელზეც ჩანს ლიგანდის დაკავშირება და რეცეპტორის ავტოფოსფორილება.
სასიგნალო მოლეკულების ორ მეზობელ რეცეპტორებთან დაკავშირება მათს დაწყვილებას (დიმერიზაციას) იწვევს.
დიმერიზებული რეცეპტორები ერთმანეთის უჯრედშიდა დომენებს თიროზინის ნაშთზე აფოსფორილებენ.
ფოსფორილებული რეცეპტორები უჯრედის სხვა ცილებთან ურთიერთქმედებენ და რთავენ სასიგნალო გზებს, რომლებიც საბოლოოდ უჯრედულ პასუხს იწვევს.
მოდიფიცირებული სურათის წყაროა „სასიგნალო მოლეკულები და უჯრედული რეცეპტორები: სურათი 7", ოპენსტაქსის კოლეჯი, ბიოლოგია (CC BY 3,0).
ხშირად ფოსფორილებული რეცეპტორები სხვა, განსაზღვრული დომენების შემცველი ცილების დაკავშირების ადგილს წარმოადგენს. ამ დომენებს სხვადასხვანაირი ცილები შეიცავს და რომელიმე მათგანის დაკავშირებისას ირთვება სასიგნალო კასკადი, რაც საბოლოოდ უჯრედულ პასუხს იწვევს6,7.
ტიროზინკინაზები მნიშვნელოვან როლს ასრულებს სიგნალის გადაცემაში ადამიანის ორგანიზმში. მაგალითად, ისინი უკავშირებიან ზრდის ფაქტორებს, სასიგნალო მოლეკულებს, რომლებიც პასუხისმგებელნი არიან უჯრედის ზრდასა და გადარჩენაზე. ზრდის ფაქტორებში შედის თრომბოციტული ზრდის ფაქტორიც (თზფ), რომელიც მონაწილეობს ჭრილობების შეხორცებაში და ნერვის ზრდის ფაქტორი, რომელიც კონკრეტული ტიპის ნეირონებს სულ უნდა მიეწოდოს იმისთვის, რომ ეს ნეირონები ცოცხალი იყოს8. ზრდის ფაქტორების სასიგნალო გზებში მათი როლის გამო რეცეპტორული ტიროზინკინაზები ორგანიზმისთვის აუცილებელია, მაგრამ მათი მოქმედება დაბალანსებული უნდა იყოს: ზრდის ფაქტორების რეცეპტორების ჭარბი აქტიურობა ზოგიერთი ტიპის ავთვისებიან სიმსივნესთანაა დაკავშირებული.

ლიგანდების სახეობები

სიგნალის „ავტორ" უჯრედებში წარმოქმნილი ლიგანდები, რომლებიც სამიზნე უჯრედების რეცეპტორებთან ურთიერთქმედებენ, მრავალნაირია. ზოგი ცილაა, ზოგი ჰიდროფობური მოლეკულა, მაგალითად სტეროიდი, ზოგი კი აირი, როგორიცაა აზოტის ოქსიდი. აქ სხვადასხვანაირი ლიგანდების მაგალითებს განვიხილავთ.

ლიგანდები, რომლებიც უჯრედში შედიან

პატარა, ჰიდროფობურ ლიგანდებს პლაზმური მემბრანის გადაკვეთა და ბირთვში ან ციტოპლაზმაში მდებარე უჯრედშიდა რეცეპტორებთან დაკავშირება შეუძლიათ. ადამიანის ორგანიზმში ყველაზე მნიშვნელოვანი ლიგანდებიდან ამ ჯგუფს სტეროიდული ჰორმონები მიეკუთვნება.
ნაცნობი სტეროიდული ჰორმონებია ქალის სასქესო ჰორმონი ესტრადიოლი, რომელიც ესტროგენებს მიეკუთვნება და კაცის სასქესო ჰორმონი ტესტოსტერონი. D ვიტამინი მზის ენერგიის გამოყენებით კანში სინთეზირდება და ისიც სტეროიდულ ჰორმონებს მიეკუთვნება. ჰიდროფობურობის გამო ეს ჰორმონები იოლად კვეთენ პლაზმურ მემბრანას, მაგრამ სისხლში გადაადგილებისთვის (სისხლი ძირითადად წყალია) გადამტან ცილებს უნდა დაუკავშირდნენ.
ესტრადიოლისა და ტესტოსტერონის ქიმიური სტრუქტურა. ორივეს ოთხი, ერთმანეთთან შერწყმული ნახშირწყალბადური რგოლი აქვს. ეს ორი ჰორმონი რგოლებში არსებული ორმაგი ბმებითა და მათთან დაკავშირებული ფუნქციური ჯგუფებით განსხვავდება.
მოდიფიცირებული სურათის წყაროა „სასიგნალო მოლეკულები და უჯრედული რეცეპტორები: სურათი 8", ოპენსტაქსის კოლეჯი, ბიოლოგია (CC BY 3,0).
აზოტის ოქსიდი (NO) იონია და, ამავდროულად, ლიგანდიც. სტეროიდული ჰორმონების მსგავსად, ისიც ადვილად კვეთს პლაზმურ მემბრანას პატარა ზომის წყალობით. აზოტის ოქსიდის ერთ-ერთი მთავარი ფუნქციაა სისხლძარღვების გარშემომრტყმელ გლუვ კუნთებში სასიგნალო გზის აქტივაცია და მათი მოდუნება, რათა სისხლძარღვი გაფართოვდეს (დილატაცია). მეტიც, წამალი ნიტროგლიცერინი სწორედ იმიტომ გამოიყენება გულის დაავადების სამკურნალოდ, რომ იგი NO-ს გამოთავისუფლებას იწვევს და გულის სისხლძარღვებს აფართოვებს, რაც ამ ორგანოს სისხლმომარაგებას აუმჯობესებს.
NO ამ ბოლო დროს კიდევ უფრო ცნობილი გახდა, რადგან მის სასიგნალო გზაზე ერექციული დისფუნქციის სამკურნალო, რეცეპტით გაცემული საშუალებებიც მოქმედებენ, მაგალითად ვიაგრა.

ლიგანდები, რომლებიც უჯრედის ზედაპირულ რეცეპტორებს უკავშირდებიან

წყალში ხსნადი ლიგანდები პოლარული ან დამუხტულია და პლაზმურ მემბრანას იოლად ვერ კვეთენ. შესაბამისად, მათი უმრავლესობა უჯრედის ზედაპირული რეცეპტორების უჯრედგარე დომენებს უკავშირდება და უჯრედში არ შედის.
პეპტიდური (ცილოვანი) ლიგანდები წყალში ხსნადი ლიგანდების ყველაზე დიდი და მრავალფეროვანი ჯგუფია. მათ მიეკუთვნება ზრდის ფაქტორები, ზოგი ჰორმონი, მაგალითად ინსულინი, და ნეიროტრანსმიტერები. პეპტიდური ლიგანდები შეიძლება, შედგებოდეს როგორც სულ რამდენიმე ამინომჟავისგან (მაგალითად, ტკივილგამაყუჩებელი ენკეფალინების შემთხვევაში), ისე - ასისა და მეტისგან9.
ენკეფალინი: მოკლე, პეპტიდური ლიგანდი თანმიმდევრობით Tyr-Gly-Gly-Phe-Met (ტიროზინი - გლიცინი - გლიცინი - ფენილალანინი - მეთიონინი).
როგორც ზემოთ ვახსენეთ, ზოგი ნეიროტრანსმიტერი ცილაა, თუმცა მრავალი მათგანი პატარა, ჰიდროფილური (წყლის მოყვარული) მოლეკულაა. ნეიროტრანსმიტერების ნაწილი ჩვეულებრივი ამინომჟავებია, მაგ. გლუტამატი და გლიცინი, ზოგი კი - სახეცვლილი, ანუ არასტანდარტული, ამინომჟავა.
გლიცინი: ამინომჟავა.

გსურთ, შეუერთდეთ დისკუსიას?

პოსტები ჯერ არ არის.
გესმით ინგლისური? დააწკაპუნეთ აქ და გაეცანით განხილვას ხანის აკადემიის ინგლისურენოვან გვერდზე.