نقل الإشارة

ال نقل الإشارة هو انتقال المحفزات الخارجية والداخلية في الكائن الحي. تشارك بروتينات المستقبل والمواد المرسال والإنزيمات بشكل أساسي في نقل الإشارة هذا. تكمن الأخطاء في توصيل الإشارة في معظم الأمراض ، مثل السرطان وأمراض المناعة الذاتية.

ما هو تحويل الإشارة؟

تتفاعل خلايا الجسم مع المحفزات الخارجية والداخلية عن طريق نقل الإشارات الفسيولوجية أو نقل الإشارات. خلال هذه العملية ، يتم تحويل الإشارة واختراقها داخل الخلية ، حيث تطلق التأثير الخلوي من خلال سلسلة إشارة. بهذه الطريقة ، يمكن أن تنتقل الإشارات من حجرة جسم إلى أخرى. وهكذا تكون الخلايا قادرة على التواصل مع بعضها البعض.

يتم نقل الإشارة إما على مستوى واحد أو على عدة مستويات. إذا شاركت عدة مستويات متصلة في سلسلة في العملية ، فإننا نتحدث عن سلسلة إشارة. تشارك الإنزيمات والمواد المرسلة الثانوية في نقل الإشارة. لذلك نتحدث غالبًا عن عملية كيميائية حيوية بوساطة إنزيمية يتم فيها تمرير المعلومات البيولوجية عبر المواد الحاملة.

يتم تنسيق الإشارات من مصادر مختلفة مع بعضها البعض في السيتوبلازم أو نواة الخلية. تشكل مسارات الإشارة المختلفة لنوع خلية معًا ما يعرف بشبكة الإشارة.

تعتمد ردود الفعل المناعية وتقلصات العضلات وكذلك الإدراك البصري والشمي على نقل الإشارة.

الوظيفة والمهمة

توجد بروتينات على غشاء الخلية وداخل خلية الجسم. تعمل هذه البروتينات كمستقبلات. ترتبط جزيئات الإشارة ببروتينات المستقبل على السطح. تلتقط المستقبلات الإشارات من الخارج أو الداخل وتوجهها إلى الخلية للمعالجة.

تشمل جزيئات الإشارة الأكثر شهرة الناقلات العصبية والهرمونات ، على سبيل المثال. هناك العديد من المستقبلات المختلفة في جسم الإنسان. على سبيل المثال ، توجد المستقبلات الانقباضية في الجزء اللزج من السيتوبلازم. يتضمن هذا النوع من المستقبلات بشكل أساسي مستقبلات الستيرويد. يجب تمييز المستقبلات الغشائية عن هذه المستقبلات. لديهم مستوى داخل وخارج الخلية. وهذا يمكنهم من ربط جزيئات الإشارة خارج الخلية. من أجل السماح للإشارة باختراق الداخل ، فإنها تغير هيكلها المكاني.

الإشارة نفسها لا تخترق الخلية. بدلاً من ذلك ، تصل معلومات الإشارة إلى داخل الخلية عبر العمليات الكيميائية الحيوية للبروتينات. يتم التحكم في هذه العمليات الكيميائية الحيوية بواسطة مواد محبة للماء مثل الناقلات العصبية.

المستقبلات المتعلقة بالغشاء هي إما قنوات أيونية ، أو مستقبلات مقترنة ببروتين G أو مسارات تأشير مقترنة بالإنزيم. القنوات الأيونية هي بروتينات عبر الغشاء. يتم تنشيطها أو إلغاء تنشيطها عبر إشارة. تزيد نفاذية الغشاء أو تنقص لبعض الأيونات. القنوات الأيونية ذات صلة خاصة بالإشارات العصبية.

تحفز المستقبلات المقترنة بالبروتين G بروتين G ليحل محل الناتج المحلي الإجمالي المرتبط بالمركب الكيميائي GTP. ينقسم بروتين G إلى الوحدتين α و ، وكلاهما ينقل الإشارة. تشارك المستقبلات المقترنة ببروتين G في عمليات مثل البصر والشم.

تتكون مسارات الإشارة المقترنة بالإنزيم من ستة فئات فرعية. كل منهم يتوافق مع بروتينات الغشاء. تلعب العمليات مثل الفسفرة بوساطة كيناز وإزالة الفسفرة بوساطة الفوسفاتيز دورًا فيما يتعلق بمسارات الإشارات هذه.

بغض النظر عن مسار الإشارة ، فإن نقل الإشارات الداخلية والخارجية إلى بروتينات المستجيب داخل الخلية هو الهدف الفعلي لنقل الإشارة. تتم عملية إعادة التوجيه هذه عبر تفاعلات مستهدفة بين عدة بروتينات. يلعب تنشيط بروتينات الإشارة وبروتينات الإشارة داخل الخلايا دورًا رئيسيًا في هذه العملية. يتم تضخيم بعض الإشارات عن طريق تنشيط العديد من بروتينات المستجيب في نفس الوقت.

تعتبر المراسلات الثانية ذات صلة خاصة بشبكات مسارات تحويل الإشارة وتكامل الإشارات المختلفة. هذه واجهات لمسارات مختلفة يمكن أن تؤدي إلى تفاعلات خاصة بالخلية.

يمكّن توصيل الإشارة الكائن أحادي الخلية من التكيف مع بيئته ، على سبيل المثال من خلال تنظيم التغييرات في الوظيفة أو عن طريق التعبير الجيني. عندها فقط تمكن العملية الكائنات الأولية من البقاء على قيد الحياة. في الخلايا متعددة الخلايا ، يتيح توصيل الإشارة استقبال ومعالجة المحفزات الداخلية والخارجية. كما أن توصيل الإشارة لا غنى عنه لبقائهم على قيد الحياة. يتأثر نمو الخلايا وانقسام الخلايا وموتها ، على سبيل المثال ، بالعمليات الموصوفة.

الامراض والاعتلالات

عندما تتعطل مسارات الإشارة ، يمكن أن يؤدي هذا الاضطراب إلى أمراض مختلفة. لقد ثبت أن السرطان والسكري وأمراض الكلى وأمراض المناعة الذاتية مرتبطة بأخطاء في نقل الإشارات.

عادة ما يرتبط جزيء الإشارة بأحد المستقبلات الموصوفة على سطح الخلية ويمكن أن يؤدي إلى انقسام الخلية في استجابة معقدة. في السرطان ، تؤدي الطفرات في جينات الترميز للمواد أو المستقبلات أو الإنزيمات إلى زيادة نشاط مسار الإشارات أو توجيهه بشكل خاطئ. ينتج عن هذا زيادة في تحفيز انقسام الخلايا. في هذا السياق ، تلعب الإنزيمات المشاركة في التنبيغ دورًا رئيسيًا. غالبًا ما يكونون أكثر نشاطًا في مرض السرطان. لذلك يريد علم الصيدلة تثبيط هذه الإنزيمات بشكل انتقائي في المستقبل وبالتالي تطوير دواء للسرطان.

بصرف النظر عن الأدوية المضادة للسرطان ، تهتم الأبحاث الطبية حاليًا (اعتبارًا من عام 2015) بشكل مكثف بتطوير العلاجات القائمة على عمليات نقل الإشارات. حتى الكوليرا ، والسعال الديكي ، والأمراض الشائعة مثل ارتفاع ضغط الدم ترتبط بأخطاء في توصيل الإشارات ، والتي يعتقد أنها تعزز من خلال محفزات خارجية معينة.

تتدخل الأدوية المتوفرة اليوم للأمراض المختلفة أيضًا بشكل خاص في نقل الإشارات. في المستقبل ، من المحتمل أن يكون هذا الإجراء أكثر استهدافًا واستهدافًا.