Механизм передачи информации через клеточную мембрану

Одна из важнейших функций мембраны — передача информации внутрь клетки. Здесь внешние сигналы преобразуются во внутриклеточные. Большая часть адресованных клетке сигнальных молекул не проникает внутрь. Мембранные рецепторы подобно антеннам принимают приходящие сигналы и приводят в действие внутриклеточные процессы, которые в конечном счете изменяют активность клетки, например секрецию веществ железистой клеткой, сокращение мышечной клетки, изменение метаболизма или рост клетки.

Под действием сигнальных молекул мембранные белки перестраиваются и последовательно взаимодействуют друг с другом. Сигнальные молекулы, например гормоны, могут взаимодействовать как с белками самих ионных каналов, изменяя ионный ток через них, так и со связанными с ними молекулами или с ферментами (рис. 1.8; табл. 1.2). Взаимодействие между рецептором и ферментом или ионным каналом происходит через третий белок, который называют G-белком. Такое связывание обычно запускает цепь событий, изменяющих концентрацию одного или нескольких находящихся в цитоплазме веществ, представляющих собой небольшие молекулы (или даже ионы), которые называются вторичными посредниками, или передатчиками {мессенджерами) сигнала. Они обеспечивают быстрое распространение сигнала по всей клетке, изменяя функции внутриклеточных белков.

Вторичным посредником служит циклический аденозинмонофосфат (цАМФ), его образование происходит из АТФ под действием фермента аденилатциклазы (АЦ) (см. рис. 1.9). Он может по-разному влиять на клетку и активировать или тормозить ее активность. Хотя число вторичных посредников невелико и пути передачи внутриклеточных сигналов универсальны, они способны регулировать огромное множество разнообразных физиологических и биологических процессов, и всегда в их основе лежит конфирмационная перестройка молекулы белка. Два наиболее важных посредника в животных клетках — это цАМФ и Са²⁺.

Если какой-то сигнал открывает в наружной и внутренних мембранах Саканалы, ионы Са²⁺ устремляются из внеклеточной среды или кальциевых депо (гладкая эндоплазмати;

Рис. 1.8. Механизм передачи информации через клеточную мембрану

Рис. 1.9. Клеточные механизмы возбуждения (а) и торможения (б).

ческа я сеть, митохондрии) в цитоплазму клетки, активируя чувствительные к нему белки. Са²⁺ служит внутриклеточным посредником в разнообразных клеточных реакциях, включая секреторные процессы и клеточное деление. В нервных клетках деполяризация плазматической мембраны вызывает поглощение Са²⁺ нервным окончанием и стимулирует секрецию нейромедиатора.

Почти во всех остальных клетках связывание сигнальной молекулы с рецептором на клеточной мембране ведет к высвобождению Са²⁺ из внутриклеточных депо. Выделившийся в цитоплазму Са²~ связывается со специфическими Са²⁺— связывающими белками, наиболее распространенным среди которых является кальмодулии. Комплекс Са²⁺— кальмодулин способен изменять активность внутриклеточных белков. Характерным набором белков-мишеней для Са²~ и цАМФ объясняется многообразие клеточных реакций. Использование цАМФ и Са²⁺ в качестве вторичных посредников позволяет во много раз усиливать реакцию на внеклеточный сигнал и регулировать ее разнообразными способами.

Клетки-мишени, подвергаясь длительному действию химического или какого-либо другого стимула, теряют первоначальную чувствительность к нему и способность реагировать с прежней силой. Это явление называется адаптацией (от лат. adapto — приспособляю). Благодаря ему клетка корректирует свою чувствительность к величине стимула. Адаптация клетки-мишени достигается разными путями: уменьшением числа поверхностных рецепторов, изменением их.

Примеры физиологических реакций клеток-мишеней на действие сигнальных молекул

Таблица 1.2

активности, изменением активности мембранных белков (типа G-белков), участвующих в передаче сигнала внутрь клетки. Явление адаптации обратимо.