Transducția semnalului (transducție a semnalului, transducție, semnalizare , semnalizare, ing. transducție a semnalului ) - în biologia moleculară , termenul „Transmisie a semnalului” se referă la orice proces prin care o celulă convertește un tip de semnal sau stimul în altul.
Existența unor organisme pluricelulare complexe este posibilă datorită coordonării proceselor biochimice care au loc în celulele lor. Baza unei astfel de coordonări este comunicarea intercelulară și transmiterea semnalului în interiorul celulelor individuale. Împreună, acest lucru permite unei celule să controleze comportamentul celorlalte.
În cele mai multe cazuri, transducția semnalului într-o celulă este un lanț de reacții biochimice secvențiale efectuate de enzime , dintre care unele sunt activate de mesageri secundi . Astfel de procese sunt de obicei rapide: durata lor este de ordinul milisecundelor în cazul canalelor ionice și minute în cazul activării protein kinazelor și kinazelor mediate de lipide . Cu toate acestea, în unele cazuri, poate dura ore sau chiar zile (în cazul expresiei genelor ) de la primirea unui semnal până la răspunsul la acesta . Căile de transducție a semnalului, sau căile de semnalizare , sunt adesea organizate ca cascade de semnal ( de exemplu, cascada de semnal ): numărul de molecule de proteine și alte substanțe implicate în transmiterea semnalului crește în fiecare etapă ulterioară pe măsură ce se îndepărtează de stimulul original. Astfel, chiar și un stimul relativ slab poate produce un răspuns semnificativ. Acest fenomen se numește amplificare a semnalului . Termenul original en:Signal transduction a apărut pentru prima dată în reviste cu arbitraj în 1974 și a apărut în titlul unui articol în 1979.
Tulburările în sistemul de semnalizare pot duce la dezvoltarea cancerului , bolilor autoimune și diabetului . Înțelegerea mecanismelor de transmitere a semnalului în interiorul celulei ar putea duce la dezvoltarea de tratamente pentru aceste boli și chiar la crearea de țesuturi artificiale [1] .
Mediatorii primari sunt compuși chimici sau factori fizici ( un cuantum de lumină, sunet, temperatură externă, influențe mecanice - presiune, vibrație, forfecare și altele) care pot activa mecanismul de transmitere a semnalului în celulă. În raport cu celula receptoare, mesagerii primari sunt semnale extracelulare. Trebuie remarcat faptul că moleculele care sunt prezente din abundență în interiorul celulei, dar sunt prezente în mod normal în concentrații foarte mici în spațiul intercelular (de exemplu, ATP sau glutamatul [2] [3] ) pot acționa și ca stimuli extracelulari. În funcție de funcții, intermediarii primari pot fi împărțiți în mai multe grupuri:
Primirea de către celulă a unui semnal de la mesagerii primari este asigurată de proteine receptore speciale , pentru care mesagerii primari sunt liganzi . Pentru a asigura funcția receptorului, moleculele proteice trebuie să îndeplinească o serie de cerințe:
Receptorii celulari sunt împărțiți în următoarele clase:
Receptorii de membrană recunosc molecule de semnalizare mari (de exemplu, insulină) sau hidrofile (de exemplu, adrenalină) care nu pot pătrunde singure în celulă. Moleculele de semnalizare hidrofobe mici (de exemplu, triiodotironina , hormonii steroizi , CO, NO) sunt capabile să intre în celulă prin difuzie . Receptorii pentru astfel de hormoni sunt de obicei proteine citoplasmatice sau nucleare solubile. După legarea ligandului de receptor, informațiile despre acest eveniment sunt transmise mai departe de-a lungul lanțului și duce la formarea unui răspuns celular primar și secundar [2] .
Dacă o moleculă semnal extern acționează asupra receptorilor membranei celulare și îi activează, atunci aceasta din urmă transmite informațiile primite către sistemul de componente proteice ale membranei, numită cascada de transducție a semnalului . Proteinele de membrană ale cascadei de transducție a semnalului sunt împărțite în:
Acesta este modul în care acționează receptorii cuplați cu proteina G. Alți receptori (canale ionice, receptori cu activitate protein kinază ) servesc ei înșiși ca multiplicatori.
Mesagerii secundi sunt substanțe cu greutate moleculară mică care se formează sau se eliberează ca urmare a activității enzimatice a uneia dintre componentele lanțului de transmisie a semnalului și contribuie la transmiterea și amplificarea ulterioară a acestuia [2] . Mesagerii secundari se caracterizează prin următoarele proprietăți: au o greutate moleculară mică și difuzează cu o viteză mare în citoplasmă ; sunt clivate rapid și îndepărtate rapid din citoplasmă. Intermediarii secundari includ:
Uneori , în celulă se formează și mesageri terțiari . Astfel, ionii de Ca 2+ acționează de obicei ca un al doilea mesager, dar în timpul transmiterii semnalului cu ajutorul inozitol trifosfat (al doilea mesager), ionii de Ca 2+ eliberați cu participarea sa din EPR servesc ca mediator terțiar.
Transmisia semnalului presupune aproximativ următoarea schemă:
Uneori, activarea unui receptor de către un stimul extern duce imediat la un răspuns celular. De exemplu, atunci când neurotransmițătorul GABA își activează receptorul, care face parte dintr-un canal ionic de pe suprafața unui neuron, canalul începe să treacă ionii de clorură, ceea ce duce la o modificare a potențialului de membrană al întregii celule. În alte cazuri, activarea receptorului inițiază doar un lanț de evenimente care transmit un stimul reglator în interiorul celulei printr-un lanț mai mult sau mai puțin lung de mediatori. Un astfel de lanț se numește cale de semnal .
Calea de semnalizare Notch este relativ scurtă. Activarea acestui receptor permite proteazei să -l scindeze, o parte din proteină poate intra apoi în nucleul celulei și acționează ca un regulator transcripțional . Ca urmare, celula începe să sintetizeze alte proteine și își schimbă comportamentul. O cale de semnalizare mai complexă este inițiată de factorii de creștere. Unii dintre receptorii lor sunt kinaze și, la activare, se fosforilează și alte proteine, modificând astfel capacitatea de interacțiune proteină-proteină. De exemplu, factorul de creștere epidermică, prin legarea de receptorul său , își activează fosforilarea autocatalitică. Receptorul fosforilat poate lega proteina adaptor GRB2, care transmite un semnal următorului mesager. Acest lucru poate duce în continuare la activarea căii de semnalizare Ras-MAPK/ERK . În ea, MAPK/ERK kinaza (protein kinaza activată de mitogen) poate activa în continuare factorul de transcripție C-myc și poate modifica funcționarea unui număr de gene care afectează ciclul celular.