Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. - Молекулярная биология клетки (djvu) (1129766), страница 276
Текст из файла (страница 276)
Среди них, без сомнения, были механизмы ответа на присутствие других клеток. На это указывают современные исследования таких одноклеточных организмов, как бактерии и дрожжи. Несмотря на то что эти клетки живут, как правило, независимо, они способны взаимодействовать и влиять на функ. ционирование друг друга. Например, многие бактерии отвечают на секретируемые их соседями сигналы и увеличение концентрации при увеличении плотности популяции. Этот процесс, носящий название «огцугцения кворума» (или кворум сенсинаа, англ. г)иогит .тепзгпд), позволяет бактериям координировать свое поведение, включая подвижность, синтез антибиотиков, образование спор и половую конъюгацию.
1350 ЧаСтЬ))(. ВНутрВННяя ОртаННзаацяя Вяатвя Клетки дрожжей также «обгцаются» друг с другом во время подготовки к размножению. Хорошо изученным примером служат почкующиеся дрожжи 5асс))аготусет сегеотттае: когда гаплоидная особь готова к размножению, она выделяет пептидный фактор спаривания, который сигнализирует клеткам противоположного типа спаривания об остановке пролиферации и подготовке к размножению (рис.
15.2). Последующее слияние двух гаплоидных клеток противоположных типов спаривания приводит к формированию диплоидной клетки, которая затем способна претерпеть мейоз и образовать споры, то есть в результате обргктуюгся гаплоидные клетки с новыми наборами генов (см. рис. 21.3б). Перетасовка генов посредством полового размножения способствует выживанию вида в непредсказуемо изменяющейся среде (см. главу 21).
с 3 тв рм Рис. 15 2. Ответ почкующикся дрожжей нв фактор спаривания. а) В норме клетки имеют сферическую форму. б) В ответ на фактор спаривания, секретируемый соседними клетками, дрожжи, готовясь к слиянию, образуют выпячивание, направленное в сторону источника фактора. (С любезного разрешения МЮЬае! 5пус)ес) Изучение дрожжей, не способных к спариванию, позволило идентифици ровать множество белков, необходимых для процесса сигнализации. Эти белки образуют сигнальную сеть, включающую в себя рецепгоры на поверхности клетки, СзТР связывающие белки и протеинкиназы.
Каждая из этих категорий имеет близких родственников среди рецепторов и внутриклеточных сигнальных белков животных клеток. Однако благодаря дупликации и дивергенцни генов сигнальные системы животных значительно сложнее, чем системы дрожжеи; в человеческом геноме, например, содержится более 1500 генов, кодирующих белки рецепторы, а число различных рецепторов еще больше за счет альтернативного сплайсинга РНК и постгрансляционных модификаций.
Используемые животными многочисленные сигнальные белки, рецепторы и вну. триклегочные сигнальные белки можно обьединить в небольшое число высококонсервативных белковых семейств. Мухи, черви и животные, по сути, несут одинаковый аппарат клеточной коммуникации, и многие ключевые компоненты и сш нальные пути впервые обнаружены благодаря анализу мутаций ОгссторЫи и С. е)едапз. Клетки многоклеточных животных взаимодействуют посредством сотен сигнальных молекул разного типа, включая белки, короткие пептиды, аминокислоты, 15.1.
ОбЗЦИЕ ПРИНЦИПЫ бйатаЧНай КОЕаНУНИКйЦИИ 1351 ') ., Рщапщ)рыповйрйнс)еуи:й))е1йи б) и)(ю'.иклйус))й(ые'рщййиМь~ . мелея гидрофобнвя плвзмвтическея мембран белок-рецептор не поверхности клетки „---.~.,„ е сигнальная молекула клетка-мишень белок-переносчик г' Х гидроф сипэвпьнвя молекула клетка-мишень внугрикпеточныи белок-рецептор Рис. 15.3. Связывание внеклеточной сигнальной молекулы поверхностными и внугриклеточными рецепторами. а) Большинство сигнальных молекул гиззэофильны и поэтому неспособны самостоятельно пересечь плззмэтическую мембрану клетки-мишени; вместо этого, они связываются с поверхностными рецепторами, которые, в свою очередь, передают сигнал внутрь клетки-мишени (см. рис.
15.1). б) Некоторые малые сигнальные молекулы, наоборот, диффундируют через плззмзтическую мембрану и связываются с рецепторами внутри клетки-мишени — либо в цитозоле, либо в ядре (кзк показано здесь). Большинство таких малых сигнальных молекул гидрофобно и почти не рвстворимо в воде; поэтому они транспортируются в крови и других внеклеточных мидкопях в связанной форме с белками- переносчиками, от которых они диссоциируют перед входом в клетку-мишень. нуклеотиды, сте)юиды, ретиноиды, производные жирных кислот и даже растворен ные в крови газы, например оксид азота и угарньш газ.
Большинство сигнальных молекул высвобождается путем экзоцитоза из сигнализирующей клетки во внеклеточное пространство, как обсуждалось в главе 13. Однако бывает, что молекулы диффундируют через плазматическую мембрану сигнализирующей клетки или располагаются на поверхности клетки и передают сигнал другим клеткам только при прямом контакте. В последнем случае для сигнализации могут использоваться трансмембранные белки.
Иногда внеклеточные домены таких белков протеолитически отщепляются от поверхности сигнализирующей клетки и приобретают способ ность действовать на расстоянии. Вне зависимости от природы сигнала клетка мгзгиень регистрирует его по средством рецептора, который специфически связывает сигнальную молекулу и запускает ответ. Внеклегочные сигнальные молекулы часто действуют в очень малых концентрациях (обычно < 10 " М), и узнающие нх рецепторы обладают к ним высоким сродством (константа сродства К, ) 1О" литр моль; см. рис. 3.43).
В большинстве сл)шаев рецепторы — .это трансмембранные белки на поверх ности клетки мишени. Когда эти белки связывают внеклеточную сигнальную молекулу (лигпнд), они активируются и посылают различные внутриклеточные сигналы, изменяющие функционирование клетки. Иногда рецепторы располагаются внутри клетки мишени, и для связывания с ними сигнальные молекулы должны войти в клетку: для этого сигнальная молекула должна быть достаточно маленькой и гидрофобной, т.е. она могла диффундировать через плазматическую мембрану клетки-мишени (рис.
13.3). 1352 часть Вс Внутренняя оруаниаация клетки 15.1.2. Внеклеточные сигнальные молекулы могут действовать на коротких и дальних Расстояниях Многие сигнальные молекулы остаются связанными с поверхностью сигнализи рующей клетки и влияют только на клетки, которые напрямую контактируют с ними (рттс. 15.4, а). Такая контакт-зависимая сигнализация особенно важна во время развития организма и при иммунном ответе. Контакт зависимая сигнализации во время развития может иногда действовать на относительно больших расстояниях: в этом случае клетки для соприкосновения друг с другом образуют длинные отростки. Однако в большинстве случаев клетки секретируют сигнальные молекулы во внеклеточную жидкость. Эти молекулы могут быть транспортированы на боль.
шое расстояние для взаимодействия с отдаленными клетками мишенями или ис гюль:юваться в качестве локальных медиаторов, влияя только на клетки в бли жайшем окружении сигнализирующей клетки. Последний процесс носит название паракринной сигнализации (рис. 15.4, б). Обычно при паракринной сигнализации клетка мишень и сигнализирующая клетка принадлежат к разным типам, но клетки могут посылать сигналы, на которые реагируют сами — этот процесс называктт ауглокринной сигнгтлизацией. Раковые клетки, например, часто используют эту стратегию для усиления своего выживания и пролиферации.
Рис. 1Б.Я. Четыре способа межклеточной сигнализации. а) При контакт зависимой сигнализации клетки должны напрямую контактировать с мембранами. б) При паракри иной сигнализации высвобождаемые во вне клеточное пространство сигналы действуют локально на соседние клетки. в) Нейроны осуществляют синаптическую сигнализацию, передавая электрические сигналы вдоль своих аксонов и высвобождая нейромедиаторы в синапсах, которые обычно расположены вдали от тела нейрона, г) Эндокринная сигнализация зависит от эндокринных клеток, которые секретируют гормоны в кровь для распространения по всему телу. б паракринной, синаптической и эндокринной сигнализациях часто используются одни и те же типы молекул; основные различия этих механизмов заключаются в скорости и селективности доставки сигналов к мишеням.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
