Viața oricărei celule, inclusiv procesele globale de creștere, divizare și chiar moarte, depinde de semnalele de reglementare externe pe care le percepe. Aceste semnale pot fi efecte fizice (temperatură, ionizare și alte radiații electromagnetice) sau numeroși compuși chimici. Ei bine, substanțe pe care organismul le utilizează pentru a regla activitatea celulelor includ, hormoni steroizi, de exemplu, citokine sau factori de creștere, celulele țintă care ajung, făcându-le la schimbările metabolice specifice asociate, inclusiv o schimbare mare în expresia grupuri de gene cunoscute. Nu mai puțin puternice și de multe ori, de asemenea, un răspuns specific este cauzat de diferite substanțe fiziologic active de origine exogenă, de exemplu feromoni sau toxine.
Toate aceste semnale transmise prin intermediul moleculelor de semnal corespunzătoare sunt primare în raport cu acele cascade ale reacțiilor biochimice care sunt declanșate în celule ca răspuns la efectele lor. Semnalele primare sunt recunoscute de către celule datorită prezenței moleculelor speciale - receptorilor de natură proteică care interacționează cu moleculele primare de semnal sau influențele fizice. Semnalul primar, de regulă, nu afectează în mod direct procesele metabolice din celulă, a căror reglementare este destinată. În schimb, receptorul care îl primește inițiază formarea de compuși chimici intermediari în celulă care declanșează procese intracelulare, efectul căruia a fost scopul semnalului extracelular primar. Deoarece astfel de compuși intermediari conțin informații despre semnalul de reglementare primar și sunt purtătorii secundari, aceștia sunt numiți mesageri secundari. Acestea pot fi ioni diferiți, nucleotide ciclice, produse de degradare a lipidelor și un număr de alți compuși chimici de origine biogenică.
Folosind sistemul de eucariote de mesageri secundari le duce la un nou nivel de integrare a tuturor proceselor metabolice și catabolice, ceea ce este necesar pentru existența organismelor multicelulare. În special, mesagerii secundari permit amplificarea multiplă a semnalului de reglementare primară din molecule de reglare extracelulare, care, datorită acestui fapt, acționează în concentrații mici în spațiul extracelular. În plus, multe grupuri de celule și țesuturi dobândesc capacitatea de a reacționa simultan și simultan la un semnal de reglementare primar, de exemplu, acțiunea hormonului unui organ al sistemului endocrin. Aceasta permite adaptarea rapidă a organismului multicelulare la condițiile schimbătoare ale mediului intern și ale mediului.
Transferul transmembranal al semnalelor primare. Pentru prim semnal de reglementare a ajuns la nucleu si are un impact asupra expresiei genelor țintă, trebuie să treacă prin membrana cu strat dublu și anume acele celule care este destinat. De obicei, acest lucru se realizează datorită prezenței pe suprafața receptorului celulei proteinic, selectat în mod specific din semnalele de mediu, pe care le recunosc în stare (Fig. I.22). In cel mai simplu caz, atunci când organismele de reglementare cu greutate moleculară mică acționează ca compus hidrofob chimic, solubil în membranele lipidice (de exemplu hormoni steroizi), receptorii nu sunt utilizate pentru transportul lor, și pătrund în celulă prin difuzie radială. Celulele din interiorul unor astfel de compuși interacționează în mod specific cu proteina receptor, iar complexul rezultat este transferat la nucleu unde isi exercita efectul de reglementare asupra transcripției genelor respective (a se vedea. Fig. I.22, a).
In contrast, receptorii de membrană, care vizează spațiul extracelular, au capacitatea de a efectua un transport ligand-regulator în celule prin endocitoză (absorbție prin retractabilă membranei) a veziculelor membranare ligand-receptor în compoziție. este utilizat un astfel de mecanism, în special, pentru transferul de molecule in colesterol celule asociate cu receptor lipoproteine cu densitate joasă (vezi. Fig. I.22, b). Un alt tip de receptori care vizează liganzi extracelulare sunt molecule transmembranare sau un grup de molecule. Interacțiunea cu porțiunea ligand a unor astfel de molecule străine este însoțită de inducerea activității enzimatice asociate cu partea intracelulară a aceleiași polipeptide (vezi. Fig. I.22, c). Exemple de astfel de receptori cu activitate de proteină kinază tirozină sunt receptorii de insulină, factorul de creștere epidermal sau factorul de creștere a trombocitelor. In sinapse neuronale si zonele de contact tesutului neuromusculare liganzi, neurotransmițători (de exemplu, acetilcolina sau acidul -aminobutiric) interacționează cu canalele de ioni transmembranar (vezi. Fig. I.22, d). Ca răspuns la aceasta, apare descoperirea canalelor ionice, însoțită de mișcarea ionilor prin membrană și o schimbare rapidă a potențialului electric transmembranar. Alți receptori transmembranari comunica cu proteinele matricei celule microfilamente citoschelet extracelulare și reglarea formei celulei, în funcție de matricea extracelulară, a creșterii și motilitatea (vezi. Fig. I.22, d). În cele din urmă, un grup mare de semnale extracelulare recunoscute de receptorii asociați pe suprafața interioară a membranei cu caracter obligatoriu GTP proteine, care, la rândul său, ca răspuns la semnalul de primar pentru a începe sinteza mesagerilor secundari care reglementează activitatea proteinelor intracelulare (vezi. Fig. I.22, e ). Clasificarea conform semnului structural al receptorilor, efectuând transferul de semnal în celule prin membrane, este prezentată în Tabelul. I.12.
Fig. I.22. Metodele de transfer al semnalelor de reglementare extracelulare prin membranele celulelor eucariote (a-e)
Y și Y-P sunt reziduuri nefosforilate și fosforilate Tyr în proteine, respectiv. Transformarea precursorului X în mesagerul secundar Z
Toți receptorii care participă la transmisia semnalului transmembranar sunt împărțiți în trei clase. În acest caz, ca regulă, se ține seama de asemănarea sau diferența dintre structurile secundare ale subunităților și nu de trăsăturile secvențelor lor de aminoacizi. Receptorii clasei I formează structuri oligomerice în jurul porilor membranelor. Transferul semnalului în acest caz are loc ca urmare a deschiderii sau (într-un caz) a închiderii canalelor ionice. Partea principală a receptorilor din clasa a 2-a este imersată în membrane și fiecare subunitate conține secvențe recunoscute de proteinele G (vezi mai jos). Pentru toate subunitățile din această clasă se caracterizează prezența unei secvențe transmembranare (TM), care traversează membrana de 7 ori. Subunitățile receptorilor din clasa a treia sunt imersate minim în membrane, ceea ce asigură mobilitatea receptorilor și posibilitatea internalizării acestora (tranziția în citoplasma celulelor din vezicula membranei). Majoritatea lanțurilor polipeptidice ale acestor subunități sunt expuse la exteriorul celulelor.
Mesageri secundari. Ipoteza că efectul hormonilor asupra metabolismului celulelor și expresia genelor mediată mesageri secundari intracelulari, mai întâi a apărut după descoperirea la sfârșitul anilor 1950 E. Sutherland adenozin ciclic 3“, 5'-monofosfat (cAMP). Până în prezent, lista de mesageri secundari extins pentru a include guanozină 3“, 5'-monofosfat, phosphoinositides, ionii de Ca2 + și H +. metaboliți ai acizilor retinoici și arahidonici, oxid de azot (NO) și, de asemenea, alți compuși chimici de origine biogenică. O examinare detaliată a caracteristicilor mecanismului de acțiune al fiecăreia dintre ele depășește sfera acestei monografii, deși toate acestea pot exercita o influență specifică asupra exprimării genelor.