Kas ir šūnu signālpārvade?

Kontaktsignālu jeb jukstakrīno signālu šūna nodod tieši, saskaroties ar kaimiņu: vai nu caur virsmas olbaltumiem, vai caur spraugveida savienojumiem, kas ir tiešas caurules starp divu šūnu citoplazmām. Sirds muskulī tieši tā izplatās ierosme.

Parakrīnā signālā šūna izdala vielu starpšūnu telpā, un tā iedarbojas uz tuvējām šūnām, piemēram, iekaisuma vietā. Autokrīnā signālā šūna iedarbojas pati uz sevi. Sinaptiskā signālā raidītājviela šķērso mikroskopisku spraugu starp diviem neironiem. Endokrīnā signālā hormons nonāk asinīs un sasniedz orgānus visā ķermenī.

Attālums nosaka ātrumu un precizitāti. Sinapse strādā milisekundēs un skar vienu konkrētu šūnu; hormons strādā minūtēs vai stundās, bet skar visu, kam ir attiecīgais receptors.

Ūdenī šķīstošas vielas cauri membrānai netiek, tāpēc to receptori sēž šūnas virsmā. Trīs lielākās grupas ir ar G olbaltumu saistītie receptori, receptoru tirozīnkināzes un jonu kanālu receptori. Pirmie ieslēdz iekššūnas vēstnešus, otrie fosforilē paši sevi un piesaista signālu olbaltumus, trešie tieši atver kanālu un maina šūnas elektrisko stāvokli.

Taukos šķīstošas vielas, piemēram, steroīdie hormoni, vairogdziedzera hormons un D vitamīna aktīvā forma, iet cauri membrānai un saistās ar receptoriem šūnas iekšpusē vai kodolā. Šie receptori paši darbojas kā gēnu ieslēdzēji. Tāpēc steroīda iedarbība sākas lēnāk, bet turas ilgi: tai jāiziet caur olbaltumu ražošanu.

Pēc receptora signāls parasti tiek nodots mazām molekulām, ko sauc par otrajiem vēstnešiem: cAMF, kalcija joniem, inozitoltrifosfātam un diacilglicerīnam, cGMF, slāpekļa oksīdam.

Šajā solī notiek pastiprināšana. Viens receptors var ieslēgt daudzas G olbaltuma molekulas, katra no tām ieslēdz fermentu, kas saražo daudzas vēstneša molekulas, un katra no tām ieslēdz kināzi, kas fosforilē daudzus mērķus. Tāpēc niecīgs hormona daudzums asinīs spēj izmainīt visas šūnas darbību. Kaskāde nav sarežģītība sarežģītības dēļ, tā ir pastiprinātājs.

Tikpat svarīga kā ieslēgšana ir izslēgšana. Fosfatāzes noņem fosfātus, G olbaltums pats sašķeļ savu GTF un izslēdzas, fosfodiesterāzes noārda cAMF un cGMF, bet receptori tiek ievilkti šūnā un kļūst mazāk jutīgi. Ja izslēgšana nestrādā, signāls paliek ieslēgts pastāvīgi.

Holēras toksīns bloķē G olbaltuma izslēgšanos zarnu šūnās. Rezultāts ir nepārtraukti augsts cAMF līmenis, nepārtraukta hlorīda un tam sekojoša ūdens izdale zarnu dobumā un dzīvībai bīstama caureja. Slimības būtība ir tieši signāla izslēgšanas bojājums.

Daudzos audzējos kāds signālceļa olbaltums ir mainījies tā, ka ir ieslēgts pastāvīgi arī bez augšanas faktora. Mūsdienu mērķterapijas zāles, piemēram, tirozīnkināzes inhibitori, ir tieši šī ceļa bloķētāji.

Ļoti liela daļa ikdienā lietoto zāļu darbojas uz receptoriem: beta blokatori, antihistamīna līdzekļi, opioīdi un daudzi citi iedarbojas uz G olbaltuma receptoriem. Zāles pret erektilo disfunkciju bloķē fosfodiesterāzi, tas ir, neveido signālu, bet tikai neļauj to noārdīt.

Ir arī slimības, kurās organisms pats uzbrūk saviem receptoriem. Miastēnijas gadījumā antivielas bojā acetilholīna receptorus muskuļa pusē, un signāls no nerva vairs netiek saņemts. Raksturīgā pazīme ir vājums, kas dienas gaitā pastiprinās un pēc atpūtas uzlabojas; ar to jāvēršas pie neirologa. Ja parādās rīšanas vai elpošanas grūtības, tā ir neatliekama situācija.

Signālpārvadi bieži sajauc ar nervu impulsa vadīšanu. Impulss ir elektrisks vilnis gar aksonu vienas šūnas iekšienē; signālpārvade ir ķīmisks notikums, kas sākas, kad impulss šai šūnai beidzas un signāls jānodod nākamajai.

Otra sajaukšana ir jēdzienu līmenī. Ligands, receptors un otrais vēstnesis nav sinonīmi: ligands nāk no ārpuses, receptors ir šūnas īpašums, un vēstnesis rodas šūnas iekšienē. Viena un tā paša ligandu daudzuma ietekme uz divām šūnām ir dažāda tieši tāpēc, ka atšķiras pēdējie divi.