С.Ю. Афонькін, Г.П. Пінаєв
Всутінки на горищі сараю запрацювало штурвальне колесо. Один за однимнатягалися міцні мотузкові дроти, передаючи туди, куди треба, і ті, щотреба, сигнали.
А.Гайдар.В«Тимур і його командаВ»
Основи комунікації
Длянормальної життєдіяльності будь-якого організму складові його клітки, подібнолюдям в соціумі, повинні чуйно реагувати на мінливу ситуацію, регулюючисвою роботу в залежності від оточуючих умов і поточних потреббагатоклітинного держави. Зміна функцій клітини відбувається при появіабо зникненні в ній певних білків або зміні активностей вжеіснуючих. Регуляція активностей білків відбувається шляхом зміни їхпросторової структури за рахунок приєднання або дисоціації іонів металів,фосфатних, гідроксильних або метильних груп, а також взаємоперетворенняSH-груп і S-S-зв'язків, здатних утворювати внутрібелковие зшивки. Ці групиі малі молекули відіграють роль своєрідних молекулярних В«затискачівВ» і В«фіксаторівВ»,додавання або видалення яких оборотно змінює активності ферментів.
Клітказмінює активності своїх ферментів у відповідь на одержувані нею із зовнішнього середовищаспецифічні сигнали. Ці сигнали являють собою певнінизькомолекулярні речовини (ліганди), які зв'язуються зі спеціальними ділянкамиклітинної поверхні - рецепторами. В організмі людини лігандами є, наприклад,нейротрансмітери, які виділяються в синаптичних щілинах нервовими клітинами ввідповідь на нервовий імпульс, а також речовини, секретуються іншими клітинами внавколишнє їх середовище.
Впершому випадку сигнал сприймається нервової клітиною і по нервовому волокнуприходить точно за адресою до іншої клітці. Цей тип регулювання швидкий ізабезпечується нервовою системою.
Піддругому випадку, званому гуморальної регуляцією, сигнальне речовина можедіяти на цілу групу клітин. Якщо воно діє в найближчому оточенні відвиділила його клітини, говорять про локальних хімічних медиаторах (від лат.localis - місцевий, medius - посредничает). Один із прикладів такого медіатора- Білок гістамін, який виділяють так звані тучні клітини у відповідь напошкодження оточуючих їх тканин. В результаті дії гістаміну збільшуєтьсяпросвіт прилеглих кровоносних судин, і до місця травми спрямовуються загонилімфоцитів, буквально протискуватися через стінки капілярів. Поглинаючисигнальні речовини, які самі ж і виділяють, клітини здійснюютьсамоконтроль і самонастройку на певну роботу.
Можливатакож і гуморальна регуляція стану всього організму, коли сигнальнеречовина синтезується певним типом тканини, потрапляє в кров і розноситьсяз кровотоком по всьому тілу. Такий тип сигнальної комунікації забезпечуютьгормони. Однак і на гормони реагують тільки клітини, що мають відповіднірецептори.
Хімічніречовини, здатні зв'язуватися з зовнішніми клітинними рецепторами і впливати нафункціонування клітини, називають первинними медіаторами, або первиннимимессенджерами (англ. messenger - посильний). Міжклітинна сигналізаціядивним чином нагадує основи комунікації, розроблені влюдському суспільстві.
Провідтелефонної мережі схожі на хитросплетіння нервових волокон. Повідомлення по нимпроходить від одного абонента до іншого. Роль локальних хімічних медіаторіввідіграють усні повідомлення. Вони надходять лише до найближчих слухачам. Безспеціальних технічних хитрувань до всього суспільства вони не дійдуть.
самонастроюванняі самоконтроль здійснює кожна людина, віддаючи усний чи письмовийнаказ самому собі. Кровоносне русло виконує функції поштового зв'язку, якакрім іменних листів і бандеролей щодня розносить тисячі рекламних листочків,які опускаються в кожен абонентна скринька. Реагують ж на ці повідомлення пролагодження телевізорів або продажу цукру мішками тільки люди, які маютьпотреба в даній послузі - В«рецептірующіеВ» інформацію про неї.
Загадка цАМФ
Якимже чином первинні месенджери впливають на активність білків і, тимсамим, на активність клітини? Для цього зовнішній по відношенню до клітки сигналповинен перетворитися у внутрішній. Ключову роль у такому процесі грають утворюютьсявсередині клітини вторинні месенджери, яких на диво мало. Чільнуроль серед них відіграє циклічного аденозинмонофосфату (цАМФ), відкритий у 1958 р. Е.Сазерлендом і Т.Роллом.
Цез'єднання утворюється із знаменитої АТФ - аденозинтрифосфорної кислоти, якучасто називають В«енергетичної розмінною монетоюВ» клітини. Як відомо, АТФскладається з азотистої основи аденіну, пятиуглеродного циклічного цукру ітрьох залишків фосфорної кислоти (рис. 1). Хімічні зв'язки між фосфорнимизалишками багаті енергією. Практично всі внутрішньоклітинні процеси, починаючи відсинтезу білків і кінчаючи м'язовим скороченням, отримують енергію за рахуноквідщеплення однієї або двох фосфатних груп АТФ.
Рис.1. Синтез і розщеплення цАМФ
Циклічнийаденозинмонофосфат утворюється за допомогою ферменту аденілатциклази, якийвідщеплює від АТФ два залишки фосфорної кислоти, а останній, третій, залишокзамикає через два атоми кисню на цукор рибозу, що входить до складу аденозину(Рис. 1). Це дивна речовина відіграє роль універсального вторинногомесенджера в клітинах практично всіх організмів, як еукаріотичних, так іпрокаріотичних (рис. 2).
Рис.2. Головні механізми утворення внутрішньоклітинних месенджерів
ВЯк приклад розглянемо, як цАМФ впливає на утворення глікогену, якийє формою зберігання глюкози у тваринних клітинах.
Вмомент небезпеки з наднирників в кров викидається велика кількістьадреналіну. Рухаючись по кровоносній системі, цей гормон досягає м'язовихклітин, що мають рецептори адреналіну. Зв'язування адреналіну призводить дозміни просторової структури рецептора, що, в свою чергу, активуєфермент аденілатциклазу, розташовану на внутрішній поверхні клітинноїмембрани. Аденілатциклаза починає перетворювати АТФ в цАМФ, і внутрішньоклітиннаконцентрація останнього швидко зростає. При досягненні певного рівняцАМФ активує фермент протеинкиназу, який приєднує залишки фосфорноїкислоти (фосфорилювання) до амінокислот серин і треонин в ферментіглікогенсинтетазу. Як випливає з назви, цей фермент займається в клітинахсинтезом глікогену. Фосфорилювання змінює просторову структуруферменту, в результаті чого він інактивується й нові порції глікогену вже неутворюються. Протеїнкіназа, активована цАМФ, фосфорилирует також ще одинфермент - кіназу фосфорілази. Кіназа, у свою чергу, фосфорилируетглікогенфосфорілазу, яка в результаті починає відщеплює від глікогенумолекули глюкози (рис. 3). Розгромна ж у м'язах глюкоза грає роль палива,на якому вони успішно працюють.
Рис.3. Схема стимулювання розпаду глікогену підвищенням рівня цАМФ
Цитоскелетсигналізує
РегульованацАМФ каскадна схема взаємодій ферментів здається непростою, а вНасправді влаштована ще більш складно. Зокрема, пов'язані зпервинними мессенджерами рецептори впливають на активність аденілатциклазине безпосередньо, а через так звані G-білки (рис. 4), що працюють підконтролем гуанінтріфосфорной кислоти (ГТФ).
Ащо відбувається, коли чомусь порушується нормальна зв'язок подій? Прикладомможе бути захворювання холерою. Токсин холерного вібріона надає діюна рівень ГТФ і впливає на активність G-білків. У результаті рівень цАМФ вклітинах кишечника хворих на холеру виявляється постійно високим, що викликаєперехід великих кількостей іонів натрію і води з клітин у просвіт кишечника.Наслідок цього - виснажливі проноси і втрата води організмом.
Внормі під впливом ферменту фосфодіестерази цАМФ в клітці швидкоінактивується, перетворюючись на нециклічний аденозинмонофосфат АМФ. Протягоміншого захворювання - кашлюку, викликуваного бактеріями Bordetella pertussis, супроводжуєтьсяосвітою токсину, який гальмує перетворення цАМФ в АМФ. Звідси виникаютьі неприємні симптоми хвороби - почервоніння горла і доходить до блювоти кашель.
Наактивність фосфодіестерази, що перетворює цАМФ в АМФ, вплива...
