Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. - Молекулярная биология клетки (djvu) (1129766), страница 277
Текст из файла (страница 277)
15.1. Общие принципы клеточной коммуникации 1353 Чтобы паракринные сигналы действовали только локально, секретированные молекулы не должны далеко диффундировать, поэтому обычно они быстро захватываются соседними клетками-мишенями, разрушаются внеклеточными ферментами или иммобилизуются внеклеточным матриксом. Гепарансульфатпротеогликаны (см. ~лаву 19), располагающиеся либо во внеклеточном матриксе, либо на поверхности клетки, часто принимают участие в ограничении радиуса действия секретированных сигнальных белков. Эти молекулы несут длинные полисахаридные боковые цепи, связывающие и таким образом иммобилизующие сигнальные белки. Они также могут регулировать стабильность этих белков, их транспорт через внеклеточное пространство или взаимодействие с поверхностными рецепторами.
Секретируемые белковые антагонисты также влияют на расстояние действия паракринных сигнальных белков. Антагонисты связываются либо с самой сигнальной молекулой, либо с ее поверхностным рецептором, блокируя таким образом ее активность. Антагонисты играют важную роль в ограничении расстояния дальнодействия секретируемых сигнальных молекул, влияющих в развитии на принимаемые эмбриональными клетками решения (см. главу 22). Для кгхзрдинации функционирования клеток в различных частях тела крупным, сложным многоклеточным организмам необходимы дальнодействующие механизмы сипилизации. Таким образом, они развили клетки, специализирующиеся на внутриклеточной сигнализации на больших расстояниях. Наиболее сложным типом таких клеток являются нервные клетки, или нейроны, которые обычно несут длинные ветвящиеся отростки (аксоны), позволяющие им контактировать с удаленными клетками-мишенями.
Аксоны оканчиваются специализированными сайтами передачи сигнала — химическими синапсами. При активации внешним или посланным другими нервными клетками стимулом нейрон быстро посылает вдоль своего аксона электрические импульсы (потенциалы действия). Когда импульс достигает синапса на конце аксона, он вызывает секрецию химического сипзала, действующего в качестве иейромедиатора. Плотно организованная структура синапса делает возможной специфическую доставку нейромедиатора на рецепторы постсинаптнчсской клетки-мишени (рис.
15А, в). Синаптическая сигнализация подробно рассмотрена в главе 11. Другую стратегию сигнализации на большие расстояния используют эндокринные клетки. Они секретируют сигнальные молекулы, носящие название гормонов, в кровь, которая транспортирует эти молекулы по всему телу, позволяя им воздействовать на клетки-мишени в любом органе (рис. 15.4, г).
На рис. 15.5 представлено сравнение механизмов, позволяющих эндокринным и нервным клеткам координировать функционирование животных клеток на Гюльших расстояниях. Поскольку эндокринная сигнализация основана на диффузии и токе крови, она происходит относительно медленно.
Синаптическая сигнализация, с другой стороны, действует значительно быстрее и точнее. Нервные клетки способны передавать информацию на болыпие расстояния посредством электрических импульсов, скорость которых может достигать! 00 метров в секунду; после высвобождения из нервного окончания нейромедиатору для взаимодействия с клеткой-мишенью нужно диффундировать на расстояние, не превышающее 100 нм, для чего требуется меньше миллисекунды. Еще одно различие между эндокринной и синаптической сигнализацией заключается в том, что гормоны в крови и внеклеточной жидкости очень разбавлены и поэтому способны действовать в очень низких концентрациях (обычно < 10 " М), тогда как нейромедиаторы менее разбавлены, и их локальная концентрация может быть довольно высокой.
Концентрация ацетилхолина в си- )35ч Чаеуь)тг'.Ейууранняябрганизацияк)таУИи" а) Э)гДОКРИР)НДЯтОИГЕзД))маДЦИ)) нейроны эндокринные клетки натер гормоны в русло клетки-мишени клетки-мишени Рис. 15.5. Различия между эндокринной и нервной стратегиями дальнодейсгвующей сигнализации. В сложных животных зндонринные и нервные клетки совместно ноординируют функционирование клеток в различных частях тела. Если различные эндокринные клетки должны использовать различные гормоны для специфического взаимодействия с клетками-мишенями, то разные нервные клетки могут испольэовать один и тот же нейромедиатор, сохраняя специфичность сигнализации. а) Эндокринные клетки секретируют в кровяное русло гормоны, которые действуют только на клетки, несущие соответствующие рецепторы.
Рецепторы специфически связывают гормон, таким образом удаляя его из внеклеточной жидкости. б) С другой стороны, при синаптической сигнализации специфичность — это результат синаптического контакта между нервной клеткой и определенной клетной-мишенью, Обычно только клетка-мишень в синапсе с нервной клеткой подвергается действию нейромедиатора, высвобождаемого из нервного окончания )хотя некоторые нейромедиаторы действуют и в паракринном режиме и служат локальными медиаторами, влияющими на несколько клеток в данной области). наптической щели активного нервно мышечного соединения, например, составляет 5 х )г) з М. Соответственно, сродство рецепторов нейромедиаторов к лиганду от.
носительно мало. Это означает, что нейромедиатор для остановки сигнала может быстро диссоциировать от своего рецептора. Более пгго, после высвобождения из нервного окончания нейромедиатор быстро удаляется из синаптической щели либо посредством разрушения специфическими гидролитическими ферментами, либо за счет обратного захвата мембранными транспортными белками в нервное окончание или соседние глиальные клетки.
Таким обра.юм, синаптическая сигнализация точнее, чем зндокринная, как во времени, так и в пространстве. Скорость ответа на внеклеточный сигнал зависит не только от механизма доставки сигнала, но и от природы ответа клетки мишени. Когда для ответа требуются только изменения уже присутствующих в клетке белков, он может происходить очень быстро: аллостерическая перестройка нейромедиатор-зависимого ионного 1356 часть 1У.
Виутрайняя организатгия квитки. щелевой контакт малая молекула Рис. 15.7. Сигнализация посредством щелевык контактов. Клетки, соединенные щелевыми контактами, обмениваются малыми молекулами, включая внутриклеточные сигнальные молекулы, например циклический АМР и Саг', и, следовательно, способны скоординироаанно отвечать на внеклеточные сигналы. В отличие от других способов клеточной сигнализации, щелевые контакты обычно позволяют сигналам симметрично передаваться в обе стороны. Их дей стане направлено на уравновепгивание условий в контактирующих клетках.
Они также играют важную роль в распространении действия внеклеточных сигналов, ггередакгщихся посредством неГюльших внутриклеточных медиаторов, к примеру Саз' или циклического АМР (см. ниже), которые быстро передаются через каналы щелевых контактов. В печени, например, снижение концентрации глюкозы в крови высвобождает нораг1реналин из симпатических нервных окончаний.
Иорадреналин вызывает расщепление гликогена гепатоцитами печени и высвобождение глюкозы в кровь. Такой ответ основывается на увеличении внутриклеточной концентрации циклического АМР. Однако не все гепатоциты иннервируются симпатическими нервами. Благодаря соединяющим гепатоциты щелевым контактам иннервируемые клетки передают сигнал неиннервируемым, пропуская через контакты циклический АМР, Как и следовало ожидать, у мышей с мутацией основного гена щелевых контактов в печени нарушена мобилизация гликогена при падении уровня глюкозы в крови. Щечевые контакты рассмотрены в главе 19. 15.1.4. Кахсдап клатка залрогравлмирована Отвачать на Опрадаланнь~а сочатания инакпюточных сиГнальных мопакул Типичная клетка многоклеточного организма может одновременно подвергаться действию сотен различных сигнальных молекул в своем окружении.
Эти молекулы могут быль растворимыми или связанными с внеклегочным магриксом или поверх постыл соседней клетки; они могут быть активирующими или ингибирующими; они могут действовать на клетки в бесчисленных сочетаниях; и они могут влиять практически на любой аспект функционирования клеток. Клетки должны отвечать на эту неразбериху сигналов селективно, в зависимости от своих свойств. Это достигается благодаря прогрессирующей специализации клеток в процессе развития.
Клетка может отвечать на одно сочетание сигналов путем дифференциации, на другое 15,1, Овц()вв принципы' кявут(зчнпй ко)яйяуйикаца(а( 13$>г путем роста и деления, на третье — выполняя определенную специализированную функцию, например сокршцение или секрецию. Один из главных вопросов клеточной биологии состоит в том, как клетка собирает и обрабатывает всю эту информацию для выполнения ключевых функций, будь то деление, движение, дифференциация и так далее.
Для большинства клеток животных тканей даже продолжение жизни зависит от правильной интерпретации специфического сочетания сигналов, необ ходимых для выживания. В отсутствие этих сигналов (в чашке Петри, например) клетка активирует >трограмму самоубийства и погибает, обычно путем апоптоза— разновидности запрогргь>смированной' клеточной' смерп>и (рис. 15.8; см. главу 18). Поскольку различным типам клеток необходимы различные сочетания сигналов выживания, окружение каждого типа клеток в теле строго ограничено.
Например, многим зпителиальным клеткам для выживания нужны сигналы базальной пластинки, на которой они расположены (см. главу 19): они претерпевак>т апоптоз, если теряют контакт с этим слоем матрикса. В принципе, сотни сигнальных молекул, синтезируемых животными, могут быть использованы в неограниченном числе сигнальных сочетаний для вьюокоспецифичноп> контроля различных функций клетки. Достаточно относительно небольшого числа типов сигнальных молекул и рецепторов. Сложность заклк>чается в том, как клетки реагируют на сочетания получаемых ими сигналов. Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
