Transdukcja Sygnału

Ale co to właściwie jest ?

Definicja brzmi następująco: Proces
biologiczny w którym komórka
zamienia jeden rodzaj sygnału lub
bodźca w inny.
W większości sytuacji prowadzi to do
biochemicznych reakcji wewnątrz
komórki.

Historia

• Pierwszy artykuł zawierający termin transdukcja sygnału

pojawił się w 1972 roku w sieci MEDLINE. W 1977 pojawił się

pierwszy artykuł zawierający termin transdukcja sygnału w

abstrakcie, a w 79 w tytule. Gwałtowny wzrost

zainteresowania tematyką transdukcji sygnału przypada na

przełom lat 80/90 XX w

•

wykres przedstawia ilość artykułów zawierających frazę transdukcja sygnału w abstrakcie lub tytule, w bazie

MEDLINE na przestrzeni lat

Poniższa grafika prezentuje szalki transdukcji sygnału w komórce (dop. Tłumacza tylko

powodujące Apoptozę lub podział komórki)

Przekazywanie sygnału

Komunikacja pomiędzy komórkami może występować na cztery sposoby
1 Endokrynowy.
2 Parakrynowy.
3 Neuronalny.
4 I poprzez kontakt bezpośredni.

Endokrynowy

Substancje sygnalizacyjne nazywane hormonami są wydzielane do

krwioobiegu, (opcjonalnie analogów krwioobiegu np. soku roślin)

Informacja przekazywana jest do dużej liczy komórek, na dużą odległość.

Często wydzielany hormon działa na wszystkie komórki organizmu
(zdecydowaną większość).

Główne miejsca wydzielania hormonów w organizmie człowieka.
1szyszynka
2Przysadka mózgowa
3Tarczyca
4Grasica
5Nadnercza
6Trzustka
7Jądro
8Jajnik

Parakrynowy

W parakrynowym typie przekazywania informacji między komórkami, komórka wydziela

mediatory które dyfundują w przestrzeni międzykomórkowej, i są (mogą być)
odbierane przez sąsiednie komórki. Informacja jest więc przekazywana na małą
odległość, do wielu komórek. ten typ komunikacji wykorzystywany jest między innymi
w zjawisku powstawania stanu zapalnego

Neuronalny

Ten typ przekazywania informacji dotyczy tylko komórek nerwowych.

Informacja jest przekazywana w postaci impulsu nerwowego wzdłuż
aksonu. Gdy dociera do jego zakończenia powoduje uwolnienie sygnału
chemicznego, który dyfunduje, przez cienką błonę presynaptyczną do
przestrzeni międzykomórkowej, tam jest odbierana przez komórkę
docelową. Ten typ przekazywania umożliwia przekazywanie informacji na
duże odległości, do ściśle wyznaczonych komórek.

Kontakt bezpośredni

• W tym typie przekazywania informacji cząsteczki sygnałowe znajdują się

bezpośrednio w błonach komórkowych, informacje mogą być przekazywane
tylko do sąsiednich komórek. Ten typ więc pozwala na przekazywanie
informacji, tylko do sąsiednich komórek.

Odpowiedź komórkowa

Odpowiedź komórki na dany sygnał zależy od dwóch czynników:
1Czy komórka posiada, receptory danego czynnika czy nie, a jeśli tak to jakie efekty

wewnątrz komórki to powoduje. Na przykład acetylocholina w komórkach serca
zmniejsza częstotliwość skurczu, a w śliniankach powoduje wydzielanie śliny.

2 Czy komórka odbiera tylko ten sygnał, czy także inne, jeśli tak to ich wpływ nie musi

polegać na prostym sumowaniu się efektów.

Jedna kombinacja czynnikow może być konieczna do przetrwania komórki
Inna do jej podziału
Inna do zróżnicowania
Jeszcze inna, lub brak sygnału może prowadzić do śmierci komórki (apoptozy)

Receptory

• Aby wywołać odpowiedź komórkową, konieczne, są receptory (białka

receptorowe). Receptory odbierają sygnał zewnątrzkomórkowy, i
zamieniają go w nowy, wewnątrzkomórkowy*, zazwyczaj powoduję to
powstanie następnych sygnałów wewnątrzkomórkowych aż do powstania
ostatecznej odpowiedzi komórkowej. Nazywane jest to kaskadą
sygnalizacyjną.

• Ma to sens ponieważ:
• Przenosi sygnał z punktu odbioru przez komórkę, do punktu w którym

powstaje odpowiedź.

• Wzmacnia (amplifikuje) sygnał, dzięki czemu nawet jedna komórka

sygnalizacyjna może wywołać cały szereg reakcji

• Na skutek przekształceń wewnętrznych sygnału jedna cząsteczka

sygnalizacyjna może wywołać kilka niezależnych procesów.

• Na każdym etapie kaskady może dość do zmiany sygnału na skutek reakcji

odbywających się właśnie wewnątrz komórki. (sytuacja wspomniana w
poprzednim slajdzie)

Receptory

Receptory komórkowe dzielimy na dwa rodzaje
Na wewnątrzkomórkowe, i zewnątrzkomórkowe
Na receptory wewnątrzkomórkowe mogą działać tylko cząsteczki które są na tyle małe i

hydrofobowe, aby przeniknąć do wnętrza komórki. Mogą to być na przykład NO, CO,
H2S, hormony steroidowe jak testosteron, estradiol, oraz hormony tarczycy jak
tyroksyna.

Na receptory zewnątrzkomórkowe działają cząsteczki zbyt duże, i zbyt hydrofilijne, aby

przeniknąć przez błony komórkowe. Ilość rodzajów tych cząsteczek jest znacznie
większa.

Receptory te dzielą się na trzy rodzaje :
Receptory jonotropowe (będące kanałami jonowymi)
Receptory metabotropowe (receptory współpracujące z białkami G)
Receptory katalityczne ( wykazujące aktywność enzymatyczną)

Receptory Jonotropowe

• Po związaniu neuroprzekaźnika receptor zmienia swą konformację tak, iż

otwiera się lub zamyka kanał którym mogą się przemieszczać jony np.
Na+, Ca2+. W ciągu milisekundy dochodzi do zmiany potencjału
transbłonowego. To z kolei może wywołać impuls nerwowy lub zmienić
zdolność innych sygnałów do jego uruchamiania (przerwać). Receptory
tego rodzaju występują w komórkach nerwowych, lub innych pobudliwych
elektrycznie np. mięśni(skurcz tychże jest spowodowany wzrostem stężenia
Ca2+

Receptory metabotropowe

• Największa rodzina receptorów komórkowych, prekursory takowych istniały już

u bakterii. Odbierają hormony, mediatory lokalne, i neuroprzekźniki. Z bardziej
specyficznych można wymienić receptory światłoczule w oku zawierające
rodopsynę, oraz receptory zapachu na przykład w nosie kręgowców.

• Zasada działania
• Cząsteczka, bądź (rzadziej) inny czynnik sygnałowy (np. wspomniane wyżej

światło) pobudza białko receptorowe. To w odpowiedzi wiąże się z
wewnątrzkomórkową cząsteczką sygnałową, tzw. białkiem G. Zmiana
konformacji receptora związana z przyjęciem zewnętrznej cząsteczki
sygnalizacyjnej powoduję zmianę w białku G które na skutek tego wymienia
GDP Na GTP co umożliwia rozpad cząsteczki białka G na podjednostka alfa i
kompleks beta-gamma

• Dalsze efekty są zależne od rodzaju białka G. Kompleks beta-gamma może

zaktywować kanały jonowe powodując zmiany potencjału wewnątrz komórki,
lub podjednostką alfa może wpłynąć na aktywność jakiegoś enzymu w
komórce.

• Przekazywanie sygnału kończy hydroliza związanego z cząsteczką alfa GTP,

oraz odbudowanie pełnej struktury białka G (cząsteczka alfa ma wbudowaną
zdolność hydrolizowania GTP)

Receptory Katalityczne

• Receptory te odpowiadają na złożone białka sygnałowe. Odpowiadają za

procesy podziału, różnicowania i przeżycia komórek, ale także za szybkie
zmiany w ustawieniach cytoszkieletu, pośrednicząc w poruszaniu się
komórek.

• Budowa
• Składa się z części posiadających aktywność enzymatyczną, lub mogących

przyłączyć do siebie enzymy (kompleks). Po zaaktywowaniu indukuje
procesy chemiczne które zazwyczaj w konsekwencji powodują ekspresje
genów.

• Schemat działania na podstawi kinazy tyrozynowej
• Cząsteczka w formie dimeru powoduję zmianę konformacji podwójnego

receptora. Zmiana konformacji receptora powoduję usforylowanie jego
reszt tyrozynowych. Do ufosforylowanych reszt tyrozynowych przyłączają
się białka sygnalizacyjne mające właściwości enzymatyczne. To powoduje
syntezę następnych cząsteczek sygnalizacyjnych.

• Nie zawsze tak jest w przypadku innego typu receptorów przyłączone

białko recptorowe może bezpośrednio uczestniczyć w ekspresji genów.
( receptory TGF-Beta)

Na zakończenie

• Groźne choroby mogą być wywoływane na sutek zaburzenia procesów

transdukcji sygnału. Toksyna cholery wiąże się w receptorze
matabotropowym z białkiem g(dokładnie z podjednostką alfa) tak
zmieniając jego strukturę, że nie jest w stanie ono odhydrolizować gtp, i
tym samym zakończyć swojego procesu. W komórkach jelita powoduje to
masowy napływ wody, i ostrą biegunkę co może doprowdzić nawet do
śmierci.

• Rak z kolei spowodowany jest mutacją w genie ras. Na skutek tego

powstaje nadaktywna forma białka która zmusza komórkę do ciągłych
podziałów, w konsekwencji do powstania nowotworów.