Система передачи сигнала характеризуется способностью к адаптации
Система передачи сигнала характеризуется высокой способностью к адаптации.
Основные положения:
- Чувствительность путей передачи сигналов регулируется таким образом, который позволяет изменять ответ клетки при изменении силы сигнала в широких пределах.
- Во всех путях передачи сигналов эта функция регулируется с помощью механизмов обратной связи.
- Большинство систем передачи сигналов содержат много адаптивных циклов обратной связи, которые управляют сигналами различной силы и продолжительности.
Универсальным свойством систем внутриклеточной передачи сигналов является их адаптируемость к входному сигналу. Клетка постоянно регулирует свою чувствительность к сигналам с тем, чтобы поддерживать у себя способность улавливать изменения входного сигнала. Обычно, когда в клетку поступает новый сигнал, в ней начинается процесс десенсибилизации , который заглушает ее ответ до размеров нового плато, лежащего ниже пика начального ответа ( рис. 18.10 ). При удалении сигнала, состояние десенсибилизации сохраняется, и чувствительность клетки медленно возвращается к обычному уровню. Аналогичным образом, удаление тонического сигнала может привести к гиперчувствительности сигнальной системы.
Адаптируемость сигнальных систем представляет собой один из лучших примеров биологического гомеостаза. Эта адаптируемость оказывается впечатляющей. Обычно клетки способны регулировать свою чувствительность к физиологическим сигналам более чем в 100-кратном диапазоне, и зрительная реакция у млекопитающих может адаптироваться к изменению интенсивности источника света в 10 миллионов раз. Такая невероятная способность позволяет фоторецепторной клетке реагировать только на один фотон и дает возможность читать как в сумерках, так и при ярком солнечном свете. Способность к адаптации характерна для бактерий, растений, грибов и животных. Многие процессы адаптации достаточно консервативны с точки зрения эволюции, хотя наиболее сложные адаптационные механизмы существуют у животных. Общим адаптационным механизмом является цикл отрицательной обратной связи, который отбирает определенный биохимический сигнал и контролирует процесс адаптации.
Адаптация меняется в зависимости от интенсивности и продолжительности входного сигнала. Вероятно, более сильный или продолжительный входной сигнал вызывает выраженные адаптивные изменения, и часто продолжительную адаптацию. Подобным образом клетки могут модулировать адаптацию, поскольку она определяется последовательными независимыми механизмами, каждый из которых обладает собственной чувствительностью и кинетическими параметрами.
Прекрасным примером адаптивного механизма является G-белок . На рис. 18.11 показано, что самым ранним этапом в цепи процессов адаптации служит фосфорилирование рецептора, которое катализируется киназой рецептора, сопряженной с G-белком (GRK) . Киназа избирательно узнает активную конформацию комплекса лиганд-рецептор. Фосфорилирование блокирует способность рецептора активировать G-белок, а также усиливает связывание аррестина , белка, который еще больше блокирует активацию. Более того, связывание аррестина делает рецепторы чувствительными к эндоцитозу , в результате чего они удаляются с поверхности клеток. Эндоцитоз также служит первым шагом на пути протеолиза рецепторов. Наряду с этими прямыми эффектами, многие гены рецепторов регулируют свою транскрипцию по механизму обратной связи так, что сигнал, исходящий от рецептора, приводит к снижению его экспрессии.
Таким образом, стимуляция вызывает множество адаптивных процессов, которые происходят либо сразу же (фосфорилирование, связывание аррестина), либо наступление их задерживается (регуляция транскрипции) и которые носят обратимый и необратимый характер. Этот набор адаптивных реакций существует для многих рецепторов, сопряженных с G-белками , и многие клетки могут использовать весь набор с тем, чтобы контролировать выход сигнала с одного рецептора. При этом скорость и степень адаптации, а также ее обрати мость выбираются в соответствии с программой развития клетки.
В клетке адаптивные процессы могут изменяться в количественном и качественном отношении при изменении точек приложения действия механизмов обратной связи, которые расположены на пути передачи сигнала. В линейной цепи событий передачи сигналов изменения этих точек приводят к изменениям кинетики или степени адаптации ( рис. 18.10 ). В разветвленной системе изменения этих точек определяют, является ли адаптация уникальной к одному входному сигналу или развивается по отношению к нескольким близким входным сигналам. Если при активации рецептора происходит его прямая десенсибилизация или она запускается каким-то дальнейшим событием на неразветвленном пути, то изменяться будут только те сигналы, которые генерируются этим рецептором. Адаптация, селективная в отношении определенного рецептора, называется гомологичной адаптацией ( рис. 18.10 ).
Наоборот, контроль с помощью обратной связи может затрагивать конвергентные пути, отдаленные от нескольких рецепторов. Таким образом, регулируется активность как инициирующего, так и и других рецепторов. При такой гетерологичной адаптации в данной контрольной точке регулируются все возможные входные сигналы. Общим примером служит фосфорилирование рецепторов, сопряженных с G-белком под действием или протеинкиназы A , или протеинкиназы C . Эти киназы активируются цАМФ или Са2+ плюс липид диацилглицерин соответственно. Так же как GRK , киназы ослабляют активность рецептора и способствуют связыванию аррестина.
Реакция клетки на входящий сигнал может меняться в зависимости от состояния ее геомеостаза. В данном случае под гомеостазом понимают фазу цикла, метаболический статус и другие аспекты физиологического состояния клетки. Опять-таки все адаптивные процессы могут проявляться в большей или меньшей степени в разных клетках, для различных внутриклеточных процессов, или в различные периоды их существования.
Смотрите также:
