Передача сигнала (биология)

Передача сигнала (сигнальная трансдукция, трансдукция, сигналинг, сигнализация, англ. signal transduction) — в молекулярной биологии термин «Передача сигнала» относится к любому процессу, при помощи которого клетка превращает один тип сигнала или стимула в другой.

Существование сложных многоклеточных организмов возможно благодаря координации биохимических процессов, протекающих в их клетках. Основой такой координации служат межклеточная коммуникация и передача сигнала внутри отдельных клеток. Вместе это даёт возможность одной клетке контролировать поведение остальных.

В большинстве случаев передача сигнала внутри клетки представляет собой цепь последовательных биохимических реакций, осуществляемых ферментами, часть из которых активируется вторичными посредниками. Такие процессы обычно являются быстрыми: их продолжительность — порядка миллисекунд в случае ионных каналов и минут — в случае активации протеинкиназ и липид-опосредованных киназ. Однако в некоторых случаях от получения клеткой сигнала до ответа на него могут проходить часы и даже сутки (в случае экспрессии генов). Пути передачи сигнала, или сигнальные пути, часто бывают организованы как сигнальные каскады (англ. signal cascade): количество молекул белков и других веществ, принимающих участие в передаче сигнала, возрастает на каждом последующем этапе по мере удаления от первоначального стимула. Таким образом, даже относительно слабый стимул может вызывать значительный ответ. Это явление называется амплификацией сигнала. Оригинальный термин en:Signal transduction впервые появился в реферируемых журналах в 1974 году, а в названии статьи фигурировал в 1979 году.

Нарушения в системе передачи сигналов могут привести к развитию рака, аутоиммунных заболеваний и диабета. Понимание механизмов передачи сигнала внутри клетки может привести к разработке методов лечения этих заболеваний и даже созданию искусственных тканей.

Источник: Википедия

Упоминания в литературе

Этанол прямо или опосредованно действует на субстанции внеклеточного матрикса и на рецепторы различных функциональных классов, среди которых выделяются: аллостерические ферменты (например, гексокиназный комплекс), ионные каналы (например, хлорный канал ГАМКергических систем; кальциевый канал НМДАергических систем), вторичные посредники передачи сигнала и рецептор-связывающие белки (например, ингибирующие белки М-холинореактивных систем), интегральные переносчики ионов водорода (НАД+ и НАДФ+) и т. д. (см. рис. 6).

Коллектив авторов, Хроническая алкогольная интоксикация, 2007

Так как неполадки в работе дыхательной цепи происходят в митохондриях, а активированный р53 работает в другой части клетки, в ядре, должен существовать путь передачи сигнала от митохондрии в клеточное ядро. Провели поиск этого сигнального пути. Нельзя сказать, что нашли все его звенья, однако ключевое звено было выявлено. Оказалось, что за передачу сигнала ответственен фермент DHODH, который участвует в биосинтезе пиримидиновых нуклеотидов (мономерных блоков для синтеза новых молекул ДНК и РНК). Этот фермент расположен в итохондриальной мембране вблизи комплекса 3 дыхательной цепи. Остановка потока электронов через комплекс 3 ведет к нарушению работы этого фермента и, как следствие, остановке синтеза пиримидиновых нуклеотидов.

Геннадий Гарбузов, Рак можно победить! Ловушка для раковых клеток, 2012

Более сложная схема передачи сигналов и регуляции экспрессии генов, которая процессирует сигналы, приходящие из окружающей среды, основана на так называемых двухкомпонентных системах (Casino et al., 2010). Двухкомпонентные системы состоят из мембранных гистидин-киназ и растворимых регуляторов ответа, между которыми сигнал передается путем переноса фосфата. Примечательно, что классические регуляторы транскрипции и гистидин-киназы содержат много общих сенсорных доменов. Это родство указывает на то, что регуляторы транскрипции (однокомпонентные системы) и двухкомпонентные системы образуют единую, интегрированную структуру передачи сигналов и регуляции экспрессии. Однокомпонентные системы, которые распространены практически повсеместно и, как правило, численно доминируют у бактерий и архей, предположительно являются наиболее древними устройствами передачи сигналов, в то время как двухкомпонентные системы, вероятно, являются произошедшей от них более сложной формой передачи сигнала, которая эволюционировала как механизм реагирования на стимулы, приходящие из окружающей среды (Ulrich et al., 2005).

Евгений Кунин, Логика случая. О природе и происхождении биологической эволюции, 2012

В мозге много воды. При этом Ка и Na через калиево-натриевый насос постоянно двигаются через мембрану то в клетку, то из нее. Здесь происходят наибольшие энергетические потери клетки. Во всемирно известной коллективной монографии «Клетки» отмечается: «Большая часть энергии клетки расходуется на установление ионного градиента по сторонам или плазматической мембраны, или внутренних мембран клетки. Например, за счет насоса Na+\Ka+ – АТФазы создается трансмембранный градиент ионов Na+ и Кa+. Энергия электрохимических трансмембранных градиентов используется каналами для генерации электрических зарядов, или другими типами ионных каналов для активации внутриклеточных систем передачи сигнала, а так же для контроля клеточного объема или управления транспортом жидкостей и электролитов» [19, с.104].

Николай Конюхов, Экономический кризис: Космос и люди, 2014

Синаптическая передача в спинном и головном мозгу определенно сложнее, чем передача сигналов между мотонейронами и мышцами. Годы с 1925‑го по 1935‑й Экклс провел за исследованиями спинного мозга под непосредственным руководством Шеррингтона. В 1945 году он вернулся к этой работе и стал заниматься преимущественно ею и к 1951 году получил данные внутриклеточной регистрации мембранного потенциала мотонейронов. Экклс подтвердил вывод Шеррингтона, что мотонейроны получают как возбуждающие, так и тормозные сигналы и что эти сигналы передаются специфическими нейромедиаторами, воздействующими на специфические же рецепторы. Возбуждающие нейромедиаторы, выделяемые ведущими к мотонейрону пресинаптическими нейронами, повышают мембранный потенциал постсинаптической клетки с –70 до –55 милливольт – пороговой величины для запускания потенциала действия, в то время как тормозящие нейромедиаторы снижают мембранный потенциал от –70 до –75 милливольт, в результате чего запустить потенциал действия оказывается намного сложнее.

Эрик Кандель, В поисках памяти, 2006

Однако удар по хвосту приводит к выбросу нейромедиатора в синапсе 2, что вызывает важные изменения в поведении синапса 1. В окончании сенсорного нейрона вырабатывается сигнальное вещество цАМФ (циклический аденозинмоно-фосфат). Это вещество активирует регуляторный белок – протеинкиназу А. Протеинкиназа А в свою очередь активирует другие белки, что в конечном счете приводит к тому, что синапс 1 при возбуждении сенсорного нейрона (то есть в ответ на прикосновение к сифону) начинает выбрасывать больше нейромедиатора, и моторный нейрон возбуждается. Это и есть кратковременная память: пока в окончании сенсорного нейрона много активной протеинкиназы А, передача сигнала от сифона к мышцам жабры и чернильного мешка осуществляется более эффективно.

А. В. Марков, Обезьяны, нейроны и душа, 2011

Понятно, что ключевой для взаимодействия ВИЧ и клетки С4-белок-рецептор когда-то возник и существует сейчас в некоторых типах клеток совсем не для того, чтобы вирусу было удобно в них проникать. Это очень важный клеточный белок, который обычно участвует на самых первых этапах сложного процесса передачи сигналов при активации Т-клеток. А ВИЧ просто сумел подобрать «ключ» именно к этому «замку». В результате в организме человека атака вируса идет главным образом именно на С4-содержащие клетки. Основным способом попадания BИЧ внутрь таких клеток человека является его физическое связывание как с белком-рецептором, так и белком-корецептором, расположенными на клеточной оболочке (рис. 9). Bирус иногда сравнивают с гаечным ключом фиксированного размера: за гайки меньшего размера он не сможет зацепиться, а гайки большего размера вообще не войдут в его паз. Как уже говорилось, взаимодействие вируса и рецептора на поверхности клеток можно также сравнить с ключом и замком. Когда ключ входит в замок – стыковка вируса и клетки произошла, после чего дверь открывается. Происходящее за этим слияние внешней оболочки вируса с мембраной клетки-мишени обеспечивает легкое проникновение (перетекание) вируса внутрь клетки. При этом BИЧ «раздевается» там: освобождается от своей оболочки.

В. З. Тарантул, Имя ему СПИД: Четвертый всадник Апокалипсиса, 2005

Время сохранения сенситизации – от нескольких секунд до нескольких недель. Длительные изменения синаптической проводимости, лежащие в основе научения, основаны на тех же механизмах передачи сигнала от нейрона к нейрону. Изучение клеточных основ памяти на млекопитающих представляется довольно затруднительным, в то же время молекулярные механизмы памяти и обучения сходны у простейших животных и у человека. Удобной моделью для изучения механизмов научения является морской моллюск – аплизия.

Е. В. Фомина, Спортивная психофизиология, 2016

В разговорах о современной биологии слово “белок” звучит очень часто. Все знают, что белки – важнейшие питательные вещества. Но одновременно это еще и сложные биохимические машины, выполняющие в организме множество самых разных функций: дыхание, пищеварение, считывание наследственной информации, сокращение мышц, защита, восприятие света, передача сигналов… проще сказать, чего белки не делают. Что же это, в конце концов, такое?

Сергей Ястребов, От атомов к древу: Введение в современную науку о жизни, 2017

Работа внутренних органов управляется с помощью так называемых «регулирующих систем». Современная наука выделяет три регулирующих системы: нервная, эндокринная и иммунная. Каждая из них способна осуществлять передачу сигналов в организме: нервная с помощью электрофизиологических импульсов, распространяющихся по нервных волокнам; эндокринная распространяет сигналы-гормоны по кровеносному руслу; иммунные клетки взаимодействуют друг с другом и также осуществляют передачу сигналов.

Артём Фролов, Йогатерапия. Хатха-йога как метод реабилитации, 2016