Məlumat

20.12: İşığın ötürülməsi - Biologiya

20.12: İşığın ötürülməsi - Biologiya


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Çubuqlar və konuslar işığın sinir siqnalına ötürülməsi yeridir. Onurğalılarda əsas fotopiqment, rodopsin, iki əsas hissədən ibarətdir Şəkil 1: membran zülalı olan opsin (membranı əhatə edən α-spiralların çoxluğu şəklində) və tor qişa - işığı udan molekul.

İşıq bir fotoreseptora dəydikdə, o, retinada forma dəyişikliyinə səbəb olur, onun strukturunu əyilmiş vəziyyətdən dəyişir (cis) molekulun forması onun xətti (trans) izomeri. Retinanın bu izomerləşməsi rhodopsini aktivləşdirir və Na-nın bağlanması ilə bitən hadisələr kaskadını başlayır.+ fotoreseptorun membranındakı kanallar. Beləliklə, əksər digər duyğu neyronlarından fərqli olaraq (qıcıqlanma nəticəsində depolarizasiyaya uğrayan) vizual reseptorlar hiperpolyarlaşır və beləliklə, həddən uzaqlaşır (Şəkil 2).

Trixromatik kodlaşdırma

Üç növ konus var (müxtəlif fotopsinlərlə) və onlar Şəkil 3-də göstərildiyi kimi, ən çox reaksiya verdikləri dalğa uzunluğuna görə fərqlənirlər. Bəzi konuslar 420 nm qısa işıq dalğalarına maksimal dərəcədə cavab verir, ona görə də S konusları adlanır. (“Qısa” üçün “S”); digərləri 530 nm (M konusları, “orta” üçün) dalğalara maksimum cavab verir; üçüncü qrup 560 nm-də (L və ya “uzun” konuslar) daha uzun dalğa uzunluğunun işığına maksimum cavab verir. Yalnız bir növ konus ilə rəng görmə mümkün olmayacaq və iki konuslu (dikromatik) sistemin məhdudiyyətləri var. Primatlar üç konuslu (trixromatik) sistemdən istifadə edir, nəticədə tam rəngli görmə əldə edilir.

Qəbul etdiyimiz rəng üç növ konuslarımızın aktivlik nisbətinin nəticəsidir. Vizual spektrin rəngləri uzun dalğalı işıqdan qısaya doğru qırmızı (700 nm), narıncı (600 nm), sarı (565 nm), yaşıl (497 nm), mavi (470 nm), indiqo (450) rəngdədir. nm) və bənövşəyi (425 nm). İnsanlar çox həssas rəng qavrayışına malikdirlər və təxminən 500 parlaqlıq səviyyəsini, 200 müxtəlif çalarları və 20 doyma addımlarını və ya təxminən 2 milyon fərqli rəngi ayırd edə bilirlər.

Retina Emalı

Vizual siqnallar konusları və çubuqları tərk edərək bipolyar hüceyrələrə, daha sonra qanqlion hüceyrələrinə keçir. Vizual məlumatın işlənməsinin böyük bir dərəcəsi, vizual məlumat beyinə göndərilməzdən əvvəl retinanın özündə baş verir.

Retinada fotoreseptorlar davamlı olaraq keçir tonik fəaliyyət. Yəni, işıqla stimullaşdırılmadıqda belə həmişə bir qədər aktivdirlər. Tonik aktivlik nümayiş etdirən neyronlarda, stimulların olmaması bir başlanğıc səviyyəsində atəş sürətini saxlayır; bəzi stimullar atəş sürətini baza səviyyəsindən artırır, digər stimullar isə atəş sürətini azaldır. İşıq olmadıqda, çubuqlar və konusları qanqlion hüceyrələri ilə birləşdirən bipolyar neyronlar çubuqlar və konuslar tərəfindən davamlı və aktiv şəkildə inhibə edilir. Retinanın işığa məruz qalması çubuqları və konusları hiperpolyarlaşdırır və onların bipolyar hüceyrələrin inhibəsini aradan qaldırır. İndi aktiv olan bipolyar hüceyrələr öz növbəsində öz aksonları (gözü optik sinir kimi tərk edən) boyunca fəaliyyət potensialı göndərən qanqlion hüceyrələrini stimullaşdırır. Beləliklə, görmə sistemi beyin üçün vizual siqnalları kodlaşdırmaq üçün fəaliyyətin olmaması və ya mövcudluğundan çox, torlu qişanın fəaliyyətindəki dəyişikliyə əsaslanır. Bəzən üfüqi hüceyrələr bir çubuqdan və ya konusdan digər fotoreseptorlara və bir neçə bipolyar hüceyrəyə siqnal ötürür. Bir çubuq və ya konus üfüqi hüceyrəni stimullaşdırdıqda, üfüqi hüceyrə daha uzaq fotoreseptorları və bipolyar hüceyrələri inhibə edərək yanal inhibə yaradır. Bu inhibe işıq qəbul edən bölgələri daha açıq, qaranlıq ətrafı isə daha qaranlıq göstərərək təsvirlərdə kənarları kəskinləşdirir və kontrastı artırır. Amacrine hüceyrələri bir bipolyar hüceyrədən bir çox qanqlion hüceyrələrinə məlumat yaya bilər.

Bunu vizual sahədə müşahidə etdiyiniz rənglər haqqında tor qişanızı və beyninizi “aldatmaq” üçün asan nümayişdən istifadə edərək nümayiş etdirə bilərsiniz. Şəkil 4-ə təxminən 45 saniyə diqqətlə baxın. Sonra nəzərinizi tez boş ağ kağız vərəqinə və ya ağ divara çevirin. Siz düzgün rənglərdə Norveç bayrağının sonrakı şəklini görməlisiniz. Bu zaman gözlərinizi bir anlıq bağlayın, sonra yenidən ağ kağıza və ya divara baxaraq yenidən açın; bayrağın sonrakı təsviri qırmızı, ağ və mavi kimi görünməyə davam etməlidir.

Buna nə səbəb olur? Rəqib proses nəzəriyyəsi adlanan bir izahata görə, siz yaşıl, qara və sarı bayrağa diqqətlə baxdığınız zaman yaşıl, qara və sarıya müsbət cavab verən retinal qanqlion hüceyrələriniz atışlarını kəskin şəkildə artırdı. Baxışlarınızı neytral ağ zəminə çevirdiyiniz zaman bu qanqlion hüceyrələrinin fəaliyyəti kəskin şəkildə azaldı və beyin bu kəskin enişi sanki qanqlion hüceyrələri indi öz “rəqib” rənglərinə cavab verirmiş kimi şərh etdi: müvafiq olaraq qırmızı, ağ və mavi. görmə sahəsi. Qanqlion hüceyrələri ilkin fəaliyyət vəziyyətinə qayıtdıqdan sonra yanlış rəng qavrayışı yox olacaq.


20.12: İşığın ötürülməsi - Biologiya

İşıq, dalğa uzunluğu, tezlik və amplituda ilə xarakterizə olunan elektromaqnit dalğalarını təşkil edən fotonlardan ibarətdir.

Öyrənmə Məqsədləri

İşığın xüsusiyyətlərini təsvir edin

Əsas Çıxarışlar

Əsas Nöqtələr

  • İşıq, səsdən fərqli olaraq, mühit olmadan yayıla bilən elektromaqnit dalğalarından ibarətdir.
  • İşığın davranışını işığın əsas vahidi olan dalğaların və fotonların davranışında görmək olar.
  • Dalğa uzunluğu (tezliyə tərs olaraq dəyişir) özünü rəng kimi göstərir, dalğanın amplitudası isə işıq intensivliyi və ya parlaqlıq kimi qəbul edilir, o, standart kandela vahidi ilə ölçülür.
  • İnsanlar 380 nm ilə 740 nm arasında dəyişən işığı görə bilirlər, lakin görünən qırmızı işığın tezliyindən aşağı və ya görünən bənövşəyi işığın tezliyindən yuxarı olan işığı görə bilmirlər.
  • Görünən spektrin qırmızı ucundakı işıq uzun dalğa uzunluqlarına malikdir (və daha aşağı tezliklidir), bənövşəyi sonundakı işıq qısa dalğa uzunluqlarına malikdir (və daha yüksək tezlikdir).
  • İşıq dalğaları gözə uzun (qırmızı), orta (yaşıl) və qısa (mavi) dalğalar kimi daxil olur, obyektin rəngi obyektin əks etdirdiyi rəngdir.

Əsas Şərtlər

  • foton: işığın kvantı və digər elektromaqnit enerjisi, boş kütləsi sıfır, elektrik yükü olmayan və qeyri-müəyyən uzun ömürlü diskret hissəcik kimi qəbul edilir.
  • nanometr: işığın dalğa uzunluğunu ifadə etmək üçün istifadə olunan metrin milyardda biri
  • elektromaqnit spektri: qamma şüaları, görünən işıq, infraqırmızı, radio dalğaları və rentgen şüaları daxil olmaqla, salınan elektrik və maqnit sahələrindən ibarət bütün məlum şüalanmaların dalğa uzunluqlarının bütün diapazonu
  • dalğa uzunluğu: dalğanın bir zirvəsi və ya enişi ilə digəri arasındakı məsafə ilə ölçülən dalğanın tək dövrünün uzunluğu, dalğanın sürətinin onun tezliyinə bölünməsinə uyğundur.

İşıq

Eşitmə stimullarında olduğu kimi, işıq dalğalarda yayılır. Səsi meydana gətirən sıxılma dalğaları bir mühitdə (qaz, maye və ya bərk cisimdən ibarət) hərəkət etməli olduğu halda, işıq elektromaqnit dalğalarından ibarətdir və mühitə ehtiyac yoxdur. İşıq əslində vakuumda hərəkət edə bilər. İşığın davranışı dalğaların davranışı və işığın əsas vahidi olan fotonun davranışı baxımından təsvir edilə bilər: elektromaqnit şüalanma paketi. Elektromaqnit spektrinə nəzər saldıqda, insanlar üçün görünən işığın görünən qırmızı işığın tezliyindən aşağı və görünən bənövşəyi işığın tezliyindən yuxarı olduğu üçün işıq kimi görə bilmədiyimiz şüalanma da daxil olmaqla, bütün spektrin kiçik bir parçası olduğunu göstərir.

Elektromaqnit spektri: Elektromaqnit spektrinə nəzər saldıqda insanlar üçün görünən işığın bütün spektrin sadəcə kiçik bir parçası olduğunu göstərir.

İşıq qavrayışını müzakirə edərkən müəyyən dəyişənlər vacibdir. Dalğa uzunluğu (tezliyə tərs olaraq dəyişir) özünü rəng kimi göstərir. Görünən spektrin qırmızı ucundakı işıq daha uzun dalğa uzunluqlarına malikdir (və daha aşağı tezliklidir), bənövşəyi ucundakı işıq isə daha qısa dalğa uzunluqlarına malikdir (və daha yüksək tezlikdir). İşığın dalğa uzunluğu nanometrlə (nm) ifadə edilir, bir nanometr metrin milyardda birinə bərabərdir. İnsanlar təxminən 380 nm ilə 740 nm arasında dəyişən işığı qəbul edirlər. Bununla belə, bəzi digər heyvanlar insan diapazonundan kənarda dalğa uzunluqlarını aşkar edə bilirlər. Məsələn, arılar çiçəklərdə nektar bələdçilərini tapmaq üçün ultrabənövşəyi şüalara yaxın işığı görürlər. Bəzi qeyri-quş sürünənlər infraqırmızı işığı hiss edirlər (məsələn, yırtıcıların verdiyi istilik).

Dalğa amplitudası işıq intensivliyi və ya parlaqlıq kimi qəbul edilir. İşığın intensivliyinin standart vahidi, təxminən bir ümumi şamın işıq intensivliyinə bərabər olan kandeladır.

İşıq dalğaları vakuumda saniyədə 299,792 km, hava və su kimi müxtəlif mühitlərdə bir qədər yavaş hərəkət edir. Bu dalğalar uzun (qırmızı), orta (yaşıl) və qısa (mavi) dalğalar şəklində gözə çatır. “ağ işıq” termini insan gözü tərəfindən ağ kimi qəbul edilən işıqdır. Bu təsir insan gözündə rəng reseptorlarını eyni dərəcədə stimullaşdıran işıq tərəfindən istehsal olunur. Bir obyektin görünən rəngi əslində obyektin əks etdirdiyi rəngdir (və ya rənglər). Beləliklə, qırmızı obyekt qarışıq (ağ) işıqda qırmızı dalğa uzunluqlarını əks etdirir və işığın bütün digər dalğa uzunluqlarını udur.


Daha yüksək emal

Daxili tüklü hüceyrələr eşitmə məlumatlarını beynə çatdırmaq üçün ən vacibdir. Afferent neyronların təxminən 90 faizi daxili saç hüceyrələrindən məlumat daşıyır, hər bir saç hüceyrəsi 10 və ya daha çox neyronla sinaps edir. Xarici tüklü hüceyrələr afferent neyronların yalnız 10 faizinə bağlanır və hər bir afferent neyron bir çox saç hüceyrələrini innervasiya edir. Eşitmə məlumatını ötürən afferent, bipolyar neyronlar kokleadan medullaya, körpü və ara beyindən keçərək beyin sapındakı əsas eşitmə qabığına çatır.


BİTKİLERİN MOLEKULAR BİOLOGİYASI LABORATORİYASI

İşıq siqnalının ötürülməsi yolları bitki inkişafının tənzimlənməsində mərkəzi rol oynayır. Onlar işığın spesifik dalğa uzunluqlarının intensivliyi və müddəti ilə bağlı məlumatların gücləndirilməsinə və əlaqələndirilməsinə imkan verir, nəticədə həyat dövrü boyunca mürəkkəb fizioloji və inkişaf reaksiyaları (məsələn, cücərmə, cücərtilərin de-etiolasiyası, qonşuların qarşısının alınması və çiçəkləmə) baş verir. Bitkilər qırmızı/uzaq qırmızı işığı hiss edən fitoxromlar və mavi işığı hiss edən kriptoxromlar kimi fotoreseptorlar vasitəsilə işığın diskret dalğa uzunluqlarını qəbul edirlər.

Skotomorfogen (etiolasiya edilmiş) cücərti inkişafından fotomorfogen (deetiolasiya edilmiş) inkişafa dramatik keçid bitkilərdə işıq siqnalının ötürülməsi kaskadlarını aydınlaşdırmaq üçün əla sistem təmin edir. Mutagenləşdirilmiş şitil populyasiyalarının genetik ekranları həm müsbət təsir göstərən komponentləri (reseptorlar, siqnal verən vasitələr), həm də fotomorfogenezin repressorlarını müəyyən etmişdir. Laboratoriyamız xüsusilə fitoxom A siqnal ötürülməsini təşviq edən ara məhsulların müəyyən edilməsinə diqqət yetirmişdir. Mutant ekranlar p hitokrom A siqnalının ötürülməsini müəyyən etdi (astadan əl çalma) və bir müddət sonra qırmızı (laf) mutantlar. Bu mutantların xarakteristikası aktivləşdirilmiş fitoxrom A-ya tam cavab vermək üçün tələb olunan yeni ara məhsulların müəyyən edilməsinə imkan verdi.

Digərləri dörd biokimyəvi obyekti müəyyən etdilər: COP1, CSN, COP10 və DET1 qaranlıqda fotomorfogenezi repressiya edir. COP1, CSN və COP10-un xarakteristikası, ubiquitin vasitəçiliyi ilə proteolizin skotomorfogenezi təmin edən siqnal komponentlərinin aradan qaldırılmasında mühüm rol oynadığını, beləliklə, onların fotomorfogenezi təşviq edən siqnal şəbəkəsi ilə əvəz oluna biləcəyini göstərir. Bununla belə, COP gen məhsullarında qüsurlu mutantların fenotipləri göstərir ki, onlar təkcə çoxsaylı fotoreseptorlardan gələn siqnalları ötürmür, həm də işığın qəbulu ilə birbaşa əlaqəli olmayan siqnalların ötürülməsində mərkəzi rol oynayırlar.

COP1, RING motivini daşıyan təxminən 400 Arabidopsis zülalından biridir. İki sink ionunu əlaqələndirən səkkiz sistein və histidin qalıqlarının bu düzülüşü E3 zülalları sinfinin fərqli xüsusiyyətidir. Biz COP1-in E3 aktivliyini ilk nümayiş etdirdik və göstərdik ki, COP1 aktivləşdirilmiş fitoxrom A-ya tam cavab vermək qabiliyyəti üçün tələb olunan transkripsiya faktoru olan LAF1-in deqradasiyası yolu ilə fitoxrom A siqnalının desensibilizasiyasında mühüm rol oynayır. Başqaları tərəfindən COP1-in nümayişi SPA1 adlı fitoxrom A-nın mənfi repressoru ilə qarşılıqlı əlaqə bizi SPA1-in COP1 vasitəçiliyi ilə ubiquitinasiyaya təsirini sınamağa sövq etdi. SPA1-in bükülmüş rulon domeni LAF1-in ubiquitinasiyasını təşviq edir, lakin yalnız aşağı COP1 konsentrasiyalarında. Şüalanmadan sonra COP1-in nüvə tükənməsinin rolu ilə bağlı mövcud anlayışa əsaslanaraq, bu müşahidə müəyyən bir fotoreseptordan ötürülən işıq siqnallarının zəifləməsini təmin etmək üçün deetiolasiya edilmiş fidanlarda COP1-in müxtəlif substratlarda seçici şəkildə hərəkət edə biləcəyi bir mexanizm təklif edir.

Zhou Q, Hare PD, Yang SW, Zeidler M, Huang L-F, Chua, N-H (2005) FHL tam fitoxrom A siqnalı üçün tələb olunur və FHY1 ilə üst-üstə düşən funksiyaları paylaşır. Bitki J 43: 356-370

Jang I-C, Yang J-Y, Seo HS, Chua N-H (2005) HFR1 fitoxrom A siqnalı zamanı post-translational proteoliz üçün COP1 E3 ligaza tərəfindən hədəflənir. Genes Dev 19:593-602

Zeidler M, Zhou Q, Sarda, Yau C-P, Chua N-H (2004) Fitoxrom A siqnallarının ötürülməsi üçün nüvə lokalizasiya siqnalı və FHY1-in C-terminal bölgəsi tələb olunur. Bitki J 40:355-36

Seo HS, Watanabe E, Tokutomi S, Nagatani A, Chua NH (2004) COP1 E3 ligaza ilə fotoreseptorların ubiquitinasiyası fitoxrom A siqnalını desensitizasiya edir. Genes Dev 18:617-622

Seo HS, Yang JY, Ishikawa M, Bolle C, Ballesteros ML, Chua NH (2003) COP1 ilə LAF1 ubiquitinasiyası fotomorfogenezə nəzarət edir və SPA1 tərəfindən stimullaşdırılır. Təbiət 423:995-999

Moller SG, Kim YS, Kunkel T, Chua NH (2003) PP7 Arabidopsisdə mavi işıq siqnalının müsbət tənzimləyicisidir. Bitki Hüceyrəsi 15: 1111-1119

Hare PD, Moller SG, Huang L-F, Chua NH (2003) LAF3, normal fitoxrom A siqnalı üçün tələb olunan yeni amil. Bitki Physiol 133: 1592-1604

Ballesteros ML, Bolle C, Lois LM, Moore JM, Vielle-Calzada JP, Grossniklaus U, Chua NH (2001) LAF1, fitoxrom A siqnalı üçün MYB transkripsiya aktivatoru. Genes Dev 15: 2613-2625

Moller SG, Kunkel T, Chua NH (2001) İşıq siqnalının bölmələrarası əlaqəsində iştirak edən plastik ABC zülalı. Genes Dev 15:90-103

Zeidler M, Bolle C, Chua NH (2001) PAT3 xüsusi siqnal komponenti olan fitoxrom, arabidopsis fotomorfogenezinin müsbət tənzimləyicisidir. Bitki Cell Physiol 42: 1193-1200

Bolle C, Koncz C, Chua NH (2000) GRAS ailəsinin yeni üzvü olan PAT1 fitoxrom A siqnal ötürülməsində iştirak edir. Genes Dev 14:1269-1278

Rokfeller Universiteti | 1230 York prospekti, Nyu-York, NY 10065 | 212-327-8000
Copyright © 2004&ndash2021 The Rockefeller University. Bütün hüquqlar qorunur.
Əlaqə | Şərhlər | Saytın xəritəsi | Müəllif Hüquqları Şikayətləri


Çubuq və konus hüceyrələri

İnsan çubuq hüceyrələri və müxtəlif növ konus hüceyrələrinin hər biri optimal dalğa uzunluğuna malikdir. Bununla belə, aşkarlanan işığın dalğa uzunluqlarında əhəmiyyətli üst-üstə düşür.

Qəbul etdiyimiz rəng üç növ konuslarımızın aktivlik nisbətinin nəticəsidir. Uzun dalğa uzunluğundan qısa dalğaya qədər uzanan vizual spektrin rəngləri bunlardır:

  • qırmızı (700 nm)
  • narıncı (600 nm)
  • sarı (565 nm)
  • yaşıl (497 nm)
  • mavi (470 nm)
  • indiqo (450 nm)
  • bənövşəyi (425 nm).

İnsanlar çox həssas rəng qavrayışına malikdirlər və ümumilikdə təxminən 500 parlaqlıq səviyyəsini, 200 müxtəlif çalarları və 20 doyma addımını, təxminən 2 milyon fərqli rəngi ayırd edə bilirlər.


İçindəkilər

Siqnalın ötürülməsi üçün əsas müəyyən bir stimulun biokimyəvi siqnala çevrilməsidir. Bu cür stimulların təbiəti EGF-nin olması kimi hüceyrədənkənar siqnallardan tutmuş, replikativ telomerin aşınması nəticəsində yaranan DNT zədələnməsi kimi hüceyrədaxili hadisələrə qədər geniş şəkildə dəyişə bilər. [7] Ənənəvi olaraq mərkəzi sinir sisteminə çatan siqnallar hisslər kimi təsnif edilir. Bunlar sinaptik ötürülmə adlanan prosesdə neyrondan neyrona ötürülür. Çoxhüceyrəli orqanizmlərdə, məsələn, embrion inkişafı idarə edənlər kimi bir çox digər hüceyrələrarası siqnal ötürücü mexanizmlər mövcuddur. [8]

Liqandlar Redaktə edin

Siqnal ötürmə yollarının əksəriyyəti liqandlar kimi tanınan siqnal molekullarının hüceyrə daxilində hadisələri tetikleyen reseptorlara bağlanmasını əhatə edir. Siqnal molekulunun reseptorla bağlanması reseptorun konformasiyasında dəyişikliyə səbəb olur. reseptorların aktivləşdirilməsi. Əksər ligandlar hüceyrə səthi reseptorlarına bağlanan hüceyrədənkənar mühitdən olan həll olunan molekullardır. Bunlara böyümə faktorları, sitokinlər və nörotransmitterlər daxildir. Fibronektin və hialuronan kimi hüceyrədənkənar matrisin komponentləri də belə reseptorlara (müvafiq olaraq inteqrinlər və CD44) bağlana bilər. Bundan əlavə, steroid hormonlar kimi bəzi molekullar lipiddə həll olunur və beləliklə, nüvə reseptorlarına çatmaq üçün plazma membranından keçir. [9] Steroid hormon reseptorları vəziyyətində onların stimullaşdırılması steroidə cavab verən genlərin promotor bölgəsinə bağlanmağa gətirib çıxarır. [10]

Siqnal molekullarının bütün təsnifatları hər bir sinif üzvünün molekulyar təbiətini nəzərə almır. Məsələn, odorantlar, [11], dopamin kimi kiçik molekullardan tutmuş endorfinlər kimi neyropeptidlərə qədər dəyişən neyrotransmitterlər kimi geniş molekulyar siniflərə aiddir. [13] Üstəlik, bəzi molekullar birdən çox sinfə sığa bilər, məs. epinefrin mərkəzi sinir sistemi tərəfindən ifraz edildikdə bir nörotransmitter və adrenal medulla tərəfindən ifraz edildikdə bir hormondur.

HER2 kimi bəzi reseptorlar qadirdir liganddan asılı olmayan aktivləşdirmə həddindən artıq ifadə edildikdə və ya mutasiyaya uğradıqda. Bu, kompensasiya mexanizmləri ilə ləğv edilə bilən və ya olmayan yolun konstituitiv aktivləşməsinə gətirib çıxarır. Digər EGFR-lərin dimerizasiya tərəfdaşı kimi çıxış edən HER2 vəziyyətində konstituitiv aktivləşmə hiperproliferasiyaya və xərçəngə səbəb olur. [14]

Mexanik qüvvələr Redaktə edin

Eumetazoanların toxumalarında bazal membranların yayılması o deməkdir ki, əksər hüceyrə növləri yaşamaq üçün bağlanma tələb edir. Bu tələb hüceyrələrə substratın sərtliyini hiss etməyə imkan verən mürəkkəb mexaniki transduksiya yollarının inkişafına səbəb olmuşdur. Bu cür siqnalizasiya, əsasən, inteqrinlə əlaqəli aktin sitoskeletinin dəyişiklikləri aşkar etdiyi və YAP1 vasitəsilə aşağı axına ötürdüyü bölgələrdə, ocaqlı yapışmalarda təşkil edilir. [15] Kaderinlər və selektivlər kimi kalsiumdan asılı hüceyrə yapışma molekulları da mexanika ötürülməsinə vasitəçilik edə bilər.[16] Sinir sistemi daxilində mexanotransduksiyanın ixtisaslaşmış formaları mexanosensasiyadan məsuldur: eşitmə, toxunma, propriosepsiya və tarazlıq. [17]

Osmolyarlıq Redaktəsi

Osmotik təzyiqin hüceyrə və sistemli nəzarəti (sitozol və hüceyrədənkənar mühit arasında osmolyarlıq fərqi) homeostaz üçün çox vacibdir. Hüceyrələrin osmotik stimulları aşkar edə bilməsinin üç yolu var: makromolekulyar sıxılma, ion gücü və plazma membranının və ya sitoskeletonun xüsusiyyətlərinin dəyişməsi kimi (sonuncu mexanotransduksiya formasıdır). [18] Bu dəyişikliklər osmosensorlar və ya osmoreseptorlar kimi tanınan zülallar tərəfindən aşkar edilir. İnsanlarda ən yaxşı xarakterizə edilən osmosensorlar insan hüceyrələrinin ilkin siliumunda mövcud olan keçici reseptor potensial kanallarıdır. [18] [19] Mayada HOG yolu geniş şəkildə xarakterizə edilmişdir. [20]

Temperatur Redaktəsi

Hüceyrələrdə temperaturun hiss edilməsi termosepsiya kimi tanınır və ilk növbədə keçici reseptor potensial kanalları vasitəsilə həyata keçirilir. [21] Bundan əlavə, heyvan hüceyrələrində yüksək temperaturun hüceyrə zədələnməsinə, istilik-şok reaksiyasına səbəb olmasının qarşısını alan konservləşdirilmiş mexanizm var. Belə reaksiya yüksək temperatur Hsp40/Hsp70 və Hsp90 istilik şoku zülalları ilə komplekslərdən qeyri-aktiv HSF1-in dissosiasiyasına səbəb olduqda işə salınır. ncRNA-nın köməyi ilə hsr1, HSF1 daha sonra trimerləşir, aktivləşir və hədəf genlərinin ifadəsini tənzimləyir. [22] Bir çox başqa termosensor mexanizmlər həm prokaryotlarda, həm də eukariotlarda mövcuddur. [21]

Yüngül Redaktə

Məməlilərdə işıq gözün tor qişasının fotoreseptor hüceyrələrində işığa həssas zülalları aktivləşdirərək görmə duyğusunu və sirkadiyalı saatı idarə edir. Görmə vəziyyətində, işıq çubuq və konus hüceyrələrində rodopsin tərəfindən aşkar edilir. [23] Sirkadiyalı saat vəziyyətində, fərqli bir fotopiqment, melanopsin, daxili işığa həssas olan retinal qanqlion hüceyrələrində işığın aşkarlanmasından məsuldur. [24]

Reseptorları təxminən iki böyük sinfə bölmək olar: hüceyrədaxili və hüceyrədənkənar reseptorlar.

Hüceyrədənkənar reseptorlar Redaktə edin

Hüceyrədənkənar reseptorlar inteqral transmembran zülallardır və əksər reseptorları təşkil edirlər. Onlar hüceyrənin plazma membranını əhatə edir, reseptorun bir hissəsi hüceyrənin xaricində, digər hissəsi isə daxili tərəfdədir. Siqnal ötürülməsi liqandın reseptorun xarici bölgəsinə bağlanması nəticəsində baş verir (liqand membrandan keçmir). Liqand-reseptor bağlanması reseptorun daxili hissəsinin konformasiyasında dəyişikliyə səbəb olur, bu proses bəzən "reseptorun aktivləşdirilməsi" adlanır. [25] Bu, ya reseptorun ferment sahəsinin aktivləşməsi, ya da hüceyrə daxilində digər hüceyrədaxili siqnal zülalları üçün bağlanma yerinin ifşası ilə nəticələnir və nəticədə siqnal sitoplazma vasitəsilə yayılır.

Eukaryotik hüceyrələrdə liqand/reseptor qarşılıqlı təsiri ilə aktivləşdirilmiş hüceyrədaxili zülalların çoxu fermentativ fəaliyyətə malikdir, məsələn, tirozin kinaz və fosfatazlar. Çox vaxt belə fermentlər kovalent olaraq reseptorla əlaqələndirilir. Onlardan bəziləri siklik AMP və IP kimi ikinci messencerlər yaradır3, sonuncu hüceyrədaxili kalsium ehtiyatlarının sitoplazmaya salınmasına nəzarət edir. Digər aktivləşdirilmiş zülallar, siqnal zülallarının qarşılıqlı əlaqəsini və müəyyən bir stimula cavab vermək üçün lazım olan siqnal komplekslərinin koordinasiyasını asanlaşdıran adapter zülalları ilə qarşılıqlı əlaqə qurur. Fermentlər və adapter zülalları müxtəlif ikinci xəbərçi molekullara cavab verir.

Siqnal ötürülməsinin bir hissəsi kimi aktivləşdirilmiş bir çox adapter zülalları və fermentlər xüsusi ikincil xəbərçi molekullara bağlanan xüsusi protein domenlərinə malikdir. Məsələn, kalsium ionları kalmodulinin EF əl sahələrinə bağlanaraq, kalmodulindən asılı kinazanı bağlamağa və aktivləşdirməyə imkan verir. PIP3 və digər fosfoinositidlər kinaz zülalı AKT kimi zülalların Plekstrin homoloji domenləri ilə eyni şeyi edir.

G protein-qoşulmuş reseptorlar Redaktə edin

G protein-qoşulmuş reseptorlar (GPCR) yeddi transmembran domeninə malik olan və heterotrimerik G zülalına bağlı olan inteqral transmembran zülalları ailəsidir. Təxminən 800 üzvü olan bu, məməlilərdə membran zülalları və reseptorlarının ən böyük ailəsidir. Bütün heyvan növlərini hesablasaq, onların sayı 5000-dən çox olur. [26] Məməli GPCR-ləri 5 əsas ailəyə təsnif edilir: rhodopsin-bənzər, sekretin kimi, metabotropik qlutamat, yapışma və qıvrımlı/hamarlanmış, bir neçə GPCR qruplarını təsnif etmək çətindir. aşağı ardıcıllıq oxşarlığına görə, məsələn vomeronazal reseptorlar. [26] Eukariotlarda başqa siniflər mövcuddur, məsələn Dictyostelium siklik AMP reseptorları və göbələk cütləşən feromon reseptorları. [26]

GPCR ilə siqnal ötürülməsi G zülalının Gα, Gβ və Gγ subunitlərindən ibarət heterotrimer kimi mövcud olan reseptorla birləşən qeyri-aktiv G zülalından başlayır. [27] GPCR liqandı tanıdıqdan sonra reseptorun uyğunluğu G zülalını aktivləşdirmək üçün dəyişir və Gα-nın GTP molekulunu bağlamağa və digər iki G-protein alt bölməsindən ayrılmasına səbəb olur. Dissosiasiya, digər molekullarla qarşılıqlı əlaqə qura bilən alt bölmələrdəki saytları ifşa edir. [28] Aktivləşdirilmiş G zülal alt bölmələri reseptordan ayrılır və fosfolipazlar və ion kanalları kimi bir çox aşağı axın effektor zülallarından siqnal verməyə başlayır, sonuncular ikinci xəbərçi molekulların buraxılmasına imkan verir. [29] GPCR ilə siqnal gücləndirilməsinin ümumi gücü liqand-reseptor kompleksinin və reseptor-efektor zülal kompleksinin həyat müddətləri və aktivləşdirilmiş reseptor və effektorların daxili enzimatik fəaliyyət vasitəsilə deaktivasiya müddəti ilə müəyyən edilir, məsələn. protein kinaz fosforlaşması və ya b-arrestindən asılı daxililəşdirmə yolu ilə.

Kemokin reseptoru CXCR2 mutasiyaya uğramış hüceyrələri kodlayan genə nöqtə mutasiyasının daxil edildiyi, kemokin bağlanmasının olmamasına baxmayaraq aktiv bir konformasiyada CXCR2 ifadəsi səbəbindən bədxassəli transformasiyaya məruz qaldığı bir araşdırma aparıldı. Bu o demək idi ki, kemokin reseptorları xərçəngin inkişafına kömək edə bilər. [30]

Tirozin, Ser/Thr və Histidin-spesifik protein kinazaları Redaktə edin

Reseptor tirozin kinazları (RTKs) hüceyrədaxili kinaz sahəsi və ligandları bağlayan hüceyrədənkənar domeni olan transmembran zülallardır, buna insulin reseptoru kimi böyümə faktoru reseptorları daxildir. [31] Siqnal ötürülməsini həyata keçirmək üçün RTK-lar plazma membranında dimerlər əmələ gətirməlidir [32] dimer reseptorla bağlanan liqandlarla sabitləşir. Sitoplazmik domenlər arasında qarşılıqlı əlaqə RTK-ların hüceyrədaxili kinaz domenlərində tirozin qalıqlarının avtofosforilasiyasını stimullaşdırır və konformasiya dəyişikliklərinə səbəb olur. Bundan sonra, reseptorların kinaz domenləri aktivləşərək, hüceyrə differensiasiyası və metabolizmi kimi müxtəlif hüceyrə proseslərini asanlaşdıran aşağı axın sitoplazmatik molekulların fosforlaşma siqnal kaskadlarını işə salır. [31] Bir çox Ser/Thr və ikili spesifik zülal kinazaları ya [reseptor tirozin kinazalarının] aşağı axınında, ya da özlüyündə membrana daxil edilmiş və ya hüceyrədə həll olunan versiyalar kimi fəaliyyət göstərən siqnal ötürülməsi üçün vacibdir. Siqnalın ötürülməsi prosesi insan kinomu tərəfindən kodlanmış 560-a yaxın məlum protein kinaz və psevdokinazı əhatə edir [33] [34]

GPCR-lərdə olduğu kimi, GTP-ni bağlayan zülallar aktivləşdirilmiş RTK-dan hüceyrəyə siqnal ötürülməsində böyük rol oynayır. Bu halda, G zülalları Ras, Rho və Raf ailələrinin üzvləridir və kollektiv olaraq kiçik G zülalları adlanır. Onlar adətən karboksil ucları ilə əlaqəli izoprenil qrupları tərəfindən membranlara bağlanan molekulyar açarlar kimi çıxış edirlər. Aktivləşdirildikdən sonra, onlar siqnalda iştirak etdikləri xüsusi membran subdomenlərinə zülallar təyin edirlər. Aktivləşdirilmiş RTK-lar öz növbəsində SOS1 kimi guanin nukleotid mübadiləsi faktorlarını aktivləşdirən kiçik G zülallarını aktivləşdirir. Aktivləşdirildikdən sonra bu mübadilə amilləri daha kiçik G zülallarını aktivləşdirə bilər və beləliklə, reseptorun ilkin siqnalını gücləndirir. Müəyyən RTK genlərinin mutasiyası, GPCR-lərdə olduğu kimi, konstruktiv olaraq aktivləşdirilmiş vəziyyətdə olan reseptorların ifadəsi ilə nəticələnə bilər, belə mutasiyaya uğramış genlər onkogenlər kimi çıxış edə bilər. [35]

Histidin spesifik zülal kinazaları struktur olaraq digər zülal kinazalarından fərqlənir və iki komponentli siqnal ötürülməsi mexanizminin bir hissəsi kimi prokariotlarda, göbələklərdə və bitkilərdə olur: ATP-dən olan fosfat qrupu əvvəlcə kinaz daxilində histidin qalığına əlavə edilir, sonra fərqli bir zülalda və ya kinazın özündə qəbuledici domendə aspartat qalığına köçürülür, beləliklə aspartat qalığını aktivləşdirir. [36]

Integrins Edit

İnteqrinlər müxtəlif hüceyrələr tərəfindən istehsal olunur, onlar hüceyrənin digər hüceyrələrə və hüceyrədənkənar matrisə bağlanmasında və fibronektin və kollagen kimi hüceyrədənkənar matris komponentlərindən siqnalların ötürülməsində rol oynayırlar. İnteqrinlərin hüceyrədənkənar domeninə liqand bağlanması zülalın konformasiyasını dəyişir, siqnal ötürülməsini başlatmaq üçün onu hüceyrə membranında toplayır. İnteqrinlərdə kinaz aktivliyi yoxdur, buna görə də inteqrin vasitəçiliyi ilə siqnal ötürülməsi müxtəlif hüceyrədaxili protein kinazları və adapter molekulları vasitəsilə əldə edilir, əsas koordinator inteqrinlə əlaqəli kinazdır. [37] Qonşu şəkildə göstərildiyi kimi, kooperativ integrin-RTK siqnalizasiyası hüceyrənin sağ qalma, apoptoz, yayılma və diferensiallaşma vaxtını müəyyən edir.

Sirkulyasiya edən qan hüceyrələrində inteqrin siqnalı ilə dövran edən hüceyrələrin epitel hüceyrələri kimi dövran etməyən hüceyrələr arasında mühüm fərqlər mövcuddur. Məsələn, dövran edən leykositlər üzərində hüceyrə membranının inteqrinləri epitelial hüceyrə birləşməsinin qarşısını almaq üçün qeyri-aktiv vəziyyətdə saxlanılır, onlar yalnız iltihab reaksiyası yerində alınan stimullara cavab olaraq aktivləşirlər. Eyni şəkildə, dövran edən trombositlərin hüceyrə membranındakı inteqrinlər trombozun qarşısını almaq üçün normal olaraq hərəkətsiz saxlanılır. Epitel hüceyrələri (qan dövranı olmayan) normal olaraq hüceyrə membranında aktiv inteqrinlərə malikdir və onların normal fəaliyyətini təmin etmək üçün siqnallar verən əsas stromal hüceyrələrə sabit yapışmasına kömək edir. [38]

Bitkilərdə bu günə qədər müəyyən edilmiş vicdanlı inteqrin reseptorları yoxdur, buna baxmayaraq, metazoan reseptorları ilə struktur homologiyası əsasında bir neçə inteqrin kimi zülallar təklif edilmişdir. [39] Bitkilər ilkin strukturlarına görə heyvan İLK-lərinə çox oxşar olan inteqrinlə əlaqəli kinazları ehtiva edir. Eksperimental model zavodunda Arabidopsis thaliana, inteqrinlə əlaqəli kinaz genlərindən biri, ILK1, bakterial patogenlərdən gələn siqnal molekullarına və bitkinin duza və osmotik stresə həssaslığına bitki immun reaksiyasında kritik element olduğu göstərilmişdir. [40] ILK1 zülalı yüksək yaxınlıqlı kalium daşıyıcısı HAK5 və kalsium sensoru CML9 ilə qarşılıqlı əlaqədə olur. [40] [41]

Ödənişli reseptorlar Redaktə edin

Aktivləşdirildikdə, pullu reseptorlar (TLR) siqnalı yaymaq üçün hüceyrələrin sitoplazmasında adapter molekulları alır. Myd88, TIRAP, TRIF və TRAM olan dörd adapter molekulunun siqnalizasiyada iştirak etdiyi məlumdur. [42] [43] [44] Bu adapterlər siqnalı gücləndirən IRAK1, IRAK4, TBK1 və IKKi kimi digər hüceyrədaxili molekulları aktivləşdirir və nəticədə müəyyən reaksiyalara səbəb olan genlərin induksiyası və ya bastırılmasına gətirib çıxarır. Minlərlə gen TLR siqnalı ilə aktivləşdirilir və bu, bu metodun gen modulyasiyası üçün vacib bir keçid olduğunu göstərir.

Liqanda qapılı ion kanalları Edit

Liqanda qapalı ion kanalı, bir liqandla bağlandıqdan sonra, hüceyrə membranında ionların ötürücü siqnalların keçə biləcəyi bir kanal açmaq üçün konformasiyasını dəyişir. Bu mexanizmin bir nümunəsi sinir sinapsının qəbuledici hüceyrəsindədir. Bu kanalların açılmasına cavab olaraq meydana gələn ionların axını postsinaptik hüceyrələrin membranını depolarizasiya edərək sinirlər boyunca hərəkət edənlər kimi fəaliyyət potensialını induksiya edir və nəticədə gərginliyə bağlı ion kanalları açılır.

Liqanda qapılı ion kanalının açılması zamanı hüceyrəyə buraxılan ion nümunəsi Ca 2+ ola bilər, o, siqnal ötürülməsi kaskadlarını başlatan və cavab verən hüceyrənin fiziologiyasını dəyişdirən ikinci bir xəbərçi kimi çıxış edir. Bu, sinapsda iştirak edən dendritik tikələrin yenidən qurulması ilə sinaptik hüceyrələr arasında sinaps reaksiyasının gücləndirilməsi ilə nəticələnir.

Hüceyrədaxili reseptorlar Redaktə edin

Nüvə reseptorları və sitoplazmik reseptorlar kimi hüceyrədaxili reseptorlar öz ərazilərində lokallaşdırılmış həll olunan zülallardır. Nüvə reseptorları üçün tipik liqandlar steroid hormonları testosteron və progesteron və A və D vitaminlərinin törəmələri kimi qeyri-qütblü hormonlardır. Siqnal ötürülməsinə başlamaq üçün liqand passiv diffuziya yolu ilə plazma membranından keçməlidir. Reseptorla bağlandıqda, ligandlar nüvə membranından nüvəyə keçir və gen ifadəsini dəyişdirir.

Aktivləşdirilmiş nüvə reseptorları hormon-reseptor kompleksi tərəfindən aktivləşdirilmiş genlərin promotor bölgəsində yerləşən reseptor spesifik hormona cavab verən element (HRE) ardıcıllığında DNT-yə bağlanır. Gen transkripsiyasını təmin etdiyinə görə, alternativ olaraq gen ifadəsinin indüktörləri adlanır. Gen ifadəsinin tənzimlənməsi ilə fəaliyyət göstərən bütün hormonların təsir mexanizmində iki nəticəsi var, təsirləri xarakterik olaraq uzun bir müddətdən sonra yaranır və təsirləri, hətta konsentrasiyası sıfıra endikdən sonra belə, daha uzun müddət davam edir. Əksər fermentlərin və zülalların nisbətən yavaş dövriyyəsinə səbəb olur ki, bu da reseptorla liqand bağlanmasını dayandırır və ya dayandırır.

Nuklein reseptorlarında sink barmaqları və bir liqand bağlayan domen olan DNT-ni bağlayan domenlər var, sink barmaqları fosfat onurğasını tutaraq DNT bağlanmasını sabitləşdirir. Reseptora uyğun gələn DNT ardıcıllıqları adətən istənilən növ heksamerik təkrarlardır, ardıcıllıqlar oxşardır, lakin onların oriyentasiyası və məsafəsi onları fərqləndirir. Liqand-bağlayıcı sahə əlavə olaraq bağlanmadan əvvəl nuklein reseptorlarının dimerləşməsinə cavabdehdir və tərcümə aparatı ilə əlaqə üçün istifadə edilən transaktivasiya strukturlarını təmin edir.

Steroid reseptorları əsasən sitozolda yerləşən nüvə reseptorlarının alt sinfidir. Steroidlər olmadıqda, onlar şaperon və ya istilik şoku zülalları (HSP) olan aporeseptor kompleksində birləşirlər. HSP-lər zülalın nüvəyə keçməsini təmin edən siqnal ardıcıllığının əlçatan olması üçün zülalın qatlanmasına kömək edərək reseptoru aktivləşdirmək üçün lazımdır. Steroid reseptorları, digər tərəfdən, onların transaktivasiya sahəsi gizli olduqda, gen ifadəsində repressiv ola bilər. Reseptor fəaliyyəti digər siqnal ötürülməsi yolu, çarpaz qarışma adlanan proses nəticəsində onların N-terminalındakı serin qalıqlarının fosforlaşması ilə gücləndirilə bilər.

Retinoik turşu reseptorları nüvə reseptorlarının başqa bir alt hissəsidir. Onlar hüceyrəyə diffuziya yolu ilə daxil olan endokrin sintez edilmiş liqand, qan axını ilə hüceyrəyə gətirilən retinol kimi bir prekursordan sintez edilmiş bir ligand və ya prostaqlandin kimi tamamilə hüceyrədaxili sintez edilmiş bir liqand tərəfindən aktivləşdirilə bilər. Bu reseptorlar nüvədə yerləşir və HSP-lərlə müşayiət olunmur. Heç bir liqand onlara bağlanmadıqda və əksinə, xüsusi DNT ardıcıllığına bağlanaraq genlərini repressiya edirlər.

İmmunitet sisteminin müəyyən hüceyrədaxili reseptorları bu yaxınlarda müəyyən edilmiş sitoplazmik reseptorlardır NOD-bənzər reseptorlar (NLR) bəzi eukaryotik hüceyrələrin sitoplazmasında yaşayır və TLR-lərə bənzər leysinlə zəngin təkrar (LRR) motivindən istifadə edərək liqandlarla qarşılıqlı əlaqədə olur. NOD2 kimi bu molekulların bəziləri NF-κB siqnalını aktivləşdirən RIP2 kinaz ilə qarşılıqlı əlaqədə olur, NALP3 kimi digərləri isə iltihablı kaspazalarla qarşılıqlı əlaqədə olur və interleykin-1β kimi xüsusi sitokinlərin işlənməsini başlatır. [45] [46]

İlk xəbərçilər hüceyrədənkənar mayedən hüceyrəyə çatan və onların xüsusi reseptorlarına bağlanan siqnal molekullarıdır (hormonlar, neyrotransmitterlər və parakrin/otokrin agentlər). İkinci xəbərçilər sitoplazmaya daxil olan və reaksiyaya səbəb olmaq üçün hüceyrə daxilində fəaliyyət göstərən maddələrdir. Əslində, ikinci xəbərçilər plazma membranından sitoplazmaya kimyəvi rele kimi xidmət edir və beləliklə hüceyrədaxili siqnal ötürülməsini həyata keçirir.

Kalsium Redaktəsi

Kalsium ionlarının endoplazmatik retikulumdan sitozola buraxılması onun siqnal zülallarına bağlanması ilə nəticələnir və sonra aktivləşir, sonra hamar endoplazmatik retikulumda [47] və mitoxondriyada sekvestr edilir. İki birləşmiş reseptor/ion kanalı zülalları kalsiumun nəqlinə nəzarət edir: InsP3- sitozolik tərəfindəki inositol trifosfatla və InsP-yə bənzər rianodin alkaloidinin adını daşıyan rianodin reseptoru ilə qarşılıqlı təsirdə kalsiumu nəql edən reseptor.3 reseptor, lakin onunla bağlandıqda daha çox kalsium buraxan bir əks əlaqə mexanizminə malikdir. Sitozoldakı kalsiumun təbiəti onun yalnız çox qısa müddət ərzində aktiv olması deməkdir, yəni onun sərbəst konsentrasiyası çox aşağıdır və qeyri-aktiv olduqda əsasən kalretikulin kimi orqanoid molekullarına bağlıdır.

Kalsium əzələ daralması, sinir uclarından neyrotransmitterlərin sərbəst buraxılması və hüceyrə miqrasiyası da daxil olmaqla bir çox proseslərdə istifadə olunur. Onun aktivləşməsinə səbəb olan üç əsas yol GPCR yolları, RTK yolları və zülalları birbaşa və ya fermentə bağlanaraq tənzimləyən qapalı ion kanallarıdır.

Lipid xəbərçiləri Redaktə edin

Lipofilik ikinci xəbərçi molekullar hüceyrə membranlarında yerləşən lipidlərdən əldə edilir. Aktivləşdirilmiş reseptorlar tərəfindən stimullaşdırılan fermentlər lipidləri dəyişdirərək onları aktivləşdirir. Nümunələrə protein kinaz C-nin aktivləşdirilməsi üçün lazım olan diasilqliserol və keramid daxildir.

Azot oksidi Redaktə edin

Azot oksidi (NO) ikinci xəbərçi rolunu oynayır, çünki o, plazma membranı vasitəsilə yayıla bilən və yaxınlıqdakı hüceyrələrə təsir edə bilən sərbəst radikaldır. Arginin və oksigendən NO sintazı ilə sintez edilir və aktivləşdirildikdə başqa bir ikinci xəbərçi cGMP istehsal edən həll olunan guanilil siklazın aktivləşdirilməsi ilə işləyir. NO həmçinin zülalların və ya onların metal ko-faktorlarının kovalent modifikasiyası ilə də təsir göstərə bilər, bəziləri redoks mexanizminə malikdir və geri çevrilir. Yüksək konsentrasiyalarda toksikdir və vuruş zamanı zərər verir, lakin qan damarlarının rahatlaması, apoptoz və penis ereksiyası kimi bir çox digər funksiyaların səbəbidir.

Redoks siqnalı Redaktə edin

Azot oksidinə əlavə olaraq, digər elektron aktivləşdirilmiş növlər də redoks siqnalı adlanan prosesdə siqnal ötürücü agentlərdir. Nümunələrə superoksid, hidrogen peroksid, karbon monoksit və hidrogen sulfid daxildir. Redoks siqnalına həmçinin yarımkeçirici bioloji makromolekullarda elektron axınların aktiv modulyasiyası daxildir. [48]

Gen aktivləşdirmələri [49] və metabolizm dəyişiklikləri [50] siqnal ötürülməsini tələb edən hüceyrədənkənar stimullaşdırmaya hüceyrə reaksiyalarına misaldır. Gen aktivləşdirilməsi əlavə hüceyrə təsirlərinə gətirib çıxarır, çünki cavab verən genlərin məhsullarına siqnal ötürülməsi kaskadı nəticəsində əmələ gələn aktivasiya transkripsiya faktorlarının təhrikçiləri daxildir, daha çox genləri aktivləşdirə bilər. Beləliklə, ilkin stimul çox sayda genin ifadəsini tetikleyebilir, qan axınından qlükozanın artması [50] və neytrofillərin infeksiya bölgələrinə miqrasiyası kimi fizioloji hadisələrə səbəb ola bilər. Genlər toplusu və onların müəyyən stimullara aktivləşmə sırası genetik proqram adlanır. [51]

Məməli hüceyrələri böyümə faktoru olmadıqda hüceyrə bölünməsi və sağ qalması üçün stimullaşdırma tələb edir, apoptoz baş verir. Hüceyrədənkənar stimullaşdırma üçün bu cür tələblər birhüceyrəli və çoxhüceyrəli orqanizmlərdə hüceyrə davranışına nəzarət etmək üçün zəruridir, siqnal ötürülməsi yolları bioloji proseslərdə o qədər mərkəzi rol oynayır ki, çoxlu sayda xəstəliklər onların tənzimlənməməsi ilə əlaqələndirilir. Üç əsas siqnal hüceyrə böyüməsini təyin edir:

  • Stimullaşdırıcı (böyümə amilləri)
    • Transkripsiyadan asılı cavab
      Məsələn, steroidlər birbaşa transkripsiya faktoru kimi fəaliyyət göstərir (yavaş cavab verir, çünki transkripsiya faktoru transkripsiyaya ehtiyacı olan DNT-ni bağlamalıdır. İstehsal olunan mRNT tərcümə edilməlidir və istehsal olunan zülal/peptid posttranslational modifikasiyaya (PTM) məruz qala bilər)
    • Transkripsiyadan müstəqil cavab
      Məsələn, epidermal böyümə faktoru (EGF) epidermal böyümə faktoru reseptorunu (EGFR) bağlayır, bu da EGFR-nin dimerizasiyasına və avtofosforilasiyasına səbəb olur, bu da öz növbəsində hüceyrədaxili siqnal yolunu aktivləşdirir. [52]

    Bu siqnalların birləşməsi dəyişdirilmiş sitoplazmik mexanizmə inteqrasiya olunur və bu da hüceyrə davranışının dəyişməsinə səbəb olur.

    Aşağıda onların reseptorlarına bağlanan liqandların ikinci xəbərçilərə necə təsir göstərə biləcəyini və nəticədə hüceyrə reaksiyalarının dəyişməsi ilə nəticələnən bəzi əsas siqnal yolları verilmişdir.

      : böyümə faktorlarının hüceyrə səthi reseptorlarına bağlanmasına hüceyrədaxili cavabları birləşdirən yol. Bu yol çox mürəkkəbdir və bir çox protein komponentlərini ehtiva edir. [53] Bir çox hüceyrə tiplərində bu yolun aktivləşməsi hüceyrə bölünməsini təşviq edir və xərçəngin bir çox formaları ondakı aberrasiyalarla əlaqələndirilir. [54] : İnsanlarda cAMP zülal kinaz A (PKA, cAMP-dən asılı zülal kinaz) aktivləşdirərək işləyir (şəklə bax) və beləliklə, sonrakı təsirlər əsasən cAMP-dən asılı zülal kinazdan asılıdır, hansı ki, onların növündən asılı olaraq dəyişir. hüceyrə. : PLC fosfolipidfosfatidilinositol 4,5-bisfosfatı (PIP2) parçalayır, diasil qliserol (DAG) və inositol 1,4,5-trifosfat (IP) verir.3). DAG membrana və İP-yə bağlı qalır3 sitozolda həll olunan bir quruluş kimi buraxılır. IP3 sonra İP-yə bağlanmaq üçün sitozol vasitəsilə yayılır3 reseptorlar, endoplazmik retikulumda (ER) xüsusi kalsium kanalları. Bu kanallar kalsiuma xasdır və yalnız kalsiumun keçməsinə imkan verir. Bu, kalsiumun sitozolik konsentrasiyasının artmasına səbəb olur və hüceyrədaxili dəyişikliklərin və aktivliyin şəlaləsinə səbəb olur. [55] Bundan əlavə, kalsium və DAG birlikdə PKC-ni aktivləşdirmək üçün işləyir, bu da digər molekulları fosforilləşdirməyə davam edir və hüceyrə fəaliyyətinin dəyişməsinə səbəb olur. Son təsirlərə dad, manik depressiya, şişin təşviqi və s. daxildir [55].

    Siqnal ötürülməsi haqqında ən erkən anlayış 1855-ci ildə Klod Bernardın dalaq, qalxanabənzər vəzi və böyrəküstü vəzilər kimi kanalsız vəzilərin fizioloji təsirləri olan "daxili sekresiyaların" sərbəst buraxılmasına cavabdeh olduğunu irəli sürdüyü zamana təsadüf etmək olar. [56] Bernardın "sekresiyası" daha sonra 1905-ci ildə Ernest Starlinq tərəfindən "hormonlar" adlandırıldı. [57] William Bayliss ilə birlikdə Starlinq 1902-ci ildə sekretin kəşf etdi. [56] Baxmayaraq ki, bir çox başqa hormonlar, xüsusən də insulin, sonrakı illərdə mexanizmlər əsasən naməlum olaraq qaldı.

    1954-cü ildə Rita Levi-Montalçini tərəfindən sinir böyümə faktorunun və 1962-ci ildə Stenli Koen tərəfindən epidermal böyümə faktorunun kəşfi hüceyrə siqnalının molekulyar əsasları, xüsusən də böyümə faktorları haqqında daha ətraflı məlumat əldə etməyə səbəb oldu. [58] Onların işi, 1956-cı ildə Earl Wilbur Satherland-ın siklik AMP-ni kəşf etməsi ilə birlikdə, endokrin siqnalın yalnız vəzilərdən gələn siqnalları əhatə edəcək şəkildə yenidən təyin edilməsinə səbəb oldu, eyni zamanda avtokrin və parakrin terminləri istifadə olunmağa başladı. [59] Sazerlend 1971-ci ildə Fiziologiya və Tibb üzrə Nobel Mükafatına layiq görüldü, Levi-Montalçini və Koen isə 1986-cı ildə bu mükafatı bölüşdülər.

    1970-ci ildə Martin Rodbell qlükaqonun siçovulların qaraciyər hüceyrə membranının reseptoruna təsirini araşdırdı. O, qeyd etdi ki, guanozin trifosfat qlükaqonu bu reseptordan ayırır və hüceyrənin metabolizminə güclü təsir göstərən G-proteinini stimullaşdırır. Beləliklə, o, G-zülalının qlükaqon molekullarını qəbul edən və hüceyrəyə təsir edən bir çevirici olduğu qənaətinə gəldi. [60] Bunun üçün o, 1994-cü ildə Fiziologiya və Tibb üzrə Nobel Mükafatını Alfred G. Gilman ilə bölüşdü. Beləliklə, RTK və GPCR-lərin səciyyələndirilməsi ilk dəfə 1972-ci ildə istifadə edilmiş bir söz olan "siqnal ötürülməsi" anlayışının formalaşmasına gətirib çıxardı. [61] Bəzi erkən məqalələrdə bu terminlərdən istifadə edilmişdir. siqnal ötürülməsisensor transduksiya. [62] [63] 2007-ci ildə bu mövzuda cəmi 48.377 elmi məqalə, o cümlədən 11.211 icmal məqaləsi dərc edilmişdir. Termin ilk dəfə 1979-cu ildə bir məqalənin başlığında ortaya çıxdı. [64] [65] Termin geniş istifadəsi Rodbell tərəfindən 1980-ci ildə dərc edilmiş məqalədə müşahidə edilmişdir: [60] [66] Siqnal ötürülməsinə diqqət yetirən tədqiqat sənədləri ilk dəfə çoxlu sayda çıxdı. 1980-ci illərin sonu və 1990-cı illərin əvvəllərində. [46]

    İmmunologiyada siqnal ötürülməsi Edit

    Bu bölmənin məqsədi 1960 və 1970-ci illərdə immunologiyada transmembran siqnal ötürülməsinin ilkin mərhələləri ilə əlaqəli bəzi inkişafları və onların immunologiya və nəticədə hüceyrə biologiyasının digər sahələrini başa düşməyimizə necə təsir etdiyini qısaca təsvir etməkdir.

    Müvafiq hadisələr çoxlu miyelomlu şəxslərin sidikdə bol miqdarda aşkar edilən miyelom protein yüngül zəncirlərinin ardıcıllığı ilə başlayır. Biokimyəvi təcrübələr göstərdi ki, bu Bence Jones zülalları 2 diskret domendən ibarətdir - biri bir molekuldan digərinə (V domeni) və digəri isə dəyişməyən (Fc domeni və ya Fragment kristallaşan bölgə). [67] Wu və Kabat [68] tərəfindən çoxlu V bölgə ardıcıllığının təhlili V bölgəsi daxilində hiperdəyişkən olan və onların fərz etdiyinə görə, antigenin tanınması sahəsini yaratmaq üçün qatlanmış zülalda birləşən yerləri müəyyən etdi. Beləliklə, nisbətən qısa müddət ərzində immunoloji spesifikliyin molekulyar əsasları və Fc domeni vasitəsilə bioloji funksiyanın vasitəçiliyi üçün ağlabatan model işlənib hazırlanmışdır. Tezliklə IgG molekulunun kristallaşması baş verdi [69] ) ardıcıllığa əsaslanan nəticələri təsdiqləyən və ən yüksək həll səviyyəsində immunoloji spesifikliyin anlaşılmasını təmin etdi.

    Bu inkişafın bioloji əhəmiyyəti, bir B hüceyrəsinin səthində antigenlə qarşılaşdıqda hüceyrə tərəfindən ifraz olunan antikorların antigenlə bağlanma yeri ilə eyni olan immunoqlobulin reseptorlarına malik olduğunu iddia edən klonal seçim nəzəriyyəsində əhatə olunmuşdur [70]. və daha dəqiq desək, müəyyən bir B hüceyrə klonu eyni ardıcıllıqla antikorlar ifraz edir. Hekayənin son hissəsi, plazma membranının Maye mozaika modeli siqnal ötürülməsinin, yəni reseptorların dimerləşməsinin başlanması üçün yeni bir model üçün bütün inqrediyentləri təmin etdi.

    Bunun ilk göstərişləri Becker və digərləri [71] tərəfindən əldə edilmişdir ki, onlar insan bazofillərinin (bivalent İmmunoqlobulin E (IgE) səth reseptoru kimi funksiyasını yerinə yetirməsinin - deqranulasiya dərəcəsinin, anti IgE antikorlarının konsentrasiyasından asılıdır. onlar məruz qalır və səth molekullarının yenidən bölüşdürülməsi ilə nəticələnir, monovalent liqand istifadə edildikdə bu yoxdur. Sonuncu müşahidə Fanger və digərlərinin əvvəlki tapıntılarına uyğun idi. [72] Bu müşahidələr hadisələrə və hüceyrə səthindəki molekulların struktur detallarına bioloji cavab verdi. Tezliklə reseptorların dimerizasiyasının B hüceyrələri də daxil olmaqla, müxtəlif hüceyrə tiplərində cavabları ([73]-də nəzərdən keçirilmişdir) başlatdığına dair sübutların üstünlük təşkil etdiyi ortaya çıxdı.

    Bu cür müşahidələr bir sıra nəzəri (riyazi) inkişaflara səbəb oldu. Bunlardan birincisi Bell [74] tərəfindən təklif edilən sadə bir model idi və görünən bir paradoksu həll etdi: klasterləşmə sabit şəbəkələr əmələ gətirir, yəni bağlanma mahiyyətcə geri dönməzdir, halbuki immun reaksiya irəlilədikcə B hüceyrələri tərəfindən ifraz olunan antikorların yaxınlıqları artır. Limfosit membranlarında hüceyrə səthinin klasterləşməsinin dinamikası nəzəriyyəsi DeLisi və Perelson [75] tərəfindən işlənib hazırlanmışdır ki, onlar zamandan asılı olaraq klasterlərin ölçü paylanmasını və onun liqandın yaxınlıq və valentliyindən asılılığını tapmışlar. Bazofillər və mast hüceyrələri üçün sonrakı nəzəriyyələr Qoldşteyn və Sobotka və onların əməkdaşları tərəfindən [76] [77] işlənib hazırlanmışdır, bunların hamısı immun hüceyrələrin dozaya reaksiya modellərinin və onların bioloji korrelyasiyalarının təhlilinə yönəlmişdir. [78] İmmunoloji sistemlərdə qruplaşmanın son icmalı üçün baxın. [79]

    Hüceyrə səthi reseptorlarına ligand bağlanması, təkhüceyrəli orqanizmlərdə ən yaxşı başa düşülən bir fenomen olan hərəkətlilik üçün də vacibdir. Buna misal olaraq bakteriyaların konsentrasiya qradiyentlərinin aşkarlanması və reaksiyası göstərilə bilər [80] – klassik riyazi nəzəriyyə burada görünür. [81] Ən son hesab [82]-də tapıla bilər.


    II hissə: Biliyə İcmal və mdash

    Bakteriyalar bir-biri ilə necə danışır

    Kvorum Sensing Əsasları

    Budur, kvorum algılama sistemləri üçün ümumi qaydalar:

    1) Bakteriyalar otoinduktorlar adlanan kiçik molekullar istehsal edir və hüceyrədənkənar mühitə buraxırlar: Aşağı hüceyrə sıxlığında, yalnız bir neçə bakteriya hüceyrəsi mövcud olduqda, yalnız az miqdarda autoinduktor hazırlana bilər və o, yayılır. Avtoinduktor konsentrasiyası aşağı olduğundan, bakteriyalar onu aşkar edə bilmir. Bu vəziyyətdə bakteriyalar fərd kimi fəaliyyət göstərir. Hüceyrələr bölündükcə və sayı artdıqca, ətraf mühitə daha çox avtoinduktor molekulları istehsal edir və buraxırlar, hüceyrə populyasiyasının sıxlığı artdıqca autoinducerin hüceyrədənkənar konsentrasiyası da artır. Bu prinsip Şəkil 11-də biolüminessensiya kontekstində təsvir edilmişdir.

    Şəkil 11: Bioluminescence kvorum-sensing nəzarət.

    2) Tipik olaraq, avtoinduktorlar hüceyrə membranı boyunca sərbəst yayılır, buna görə hüceyrədənkənar konsentrasiya hüceyrədaxili konsentrasiyaya bərabərdir. Hüceyrədənkənar avtoinduktor müəyyən bir hüceyrə populyasiyasının sıxlığının göstəricisi olan kritik həddi konsentrasiyaya çatdıqda, bakteriyalar reseptorlardan (ya sitoplazmada, ya da plazma membranında) istifadə edərək yığılmış avtoinduktoru aşkarlayır. Cavab olaraq, autoinducer ilə əlaqəli reseptorlar kollektiv davranışların əsasını təşkil edən genləri tənzimləyir. Tənzimləmə RNT polimeraza ilə qarşılıqlı əlaqədə olan transkripsiya faktorlarına dəqiq nəzarəti nəzərdə tutur və bu, bir genin transkripsiya edilib-edilməyəcəyini müəyyən edir. Kvorum sensasiyası ilə “açılan” və ya “söndürülmüş” gen növləri aşağı hüceyrə sıxlığı və yüksək hüceyrə sıxlığı vəziyyətlərində bakteriyalara fərqli davranışlar və ya fenotiplər verir (Şəkil 12). Məsələn, kvorum sensasiya sistemləri biofilmin əmələ gəlməsinə, virulentlik faktorunun istehsalına, antibiotik istehsalına, simbioza, DNT-nin qəbuluna və s. imkan verən genləri idarə edə bilər. Tipik olaraq, kvorum sensasiyasından istifadə edərək, müəyyən bir bakteriya növü 200-dən 600-ə qədər geni idarə edəcək.

    2,000-4,000 ümumi gen) bakterial genomun bir çox yerində kodlanır, buna görə də bakteriya genomunun böyük bir hissəsi qrup davranışlarına həsr edilə bilər (Şəkil 12).

    Şəkil 12 Kvorum-Sensinqlə İdarə olunan Genlərin Transkripsiyası üçün Ümumi Model. Yüzlərlə gen kvorum algılayan siqnal yolları ilə açıla və ya söndürülə bilər.

    Kvorum Algılama Siqnal Yollarını əhatə edir

    Yığılmış avtoinduktorlar iki üsuldan biri ilə aşkar edilir:

    1) sitoplazmik reseptorlar tərəfindən və ya

    2) plazma-membranla əlaqəli reseptorlar tərəfindən

    Burada qeyd etmək lazımdır ki, bir çox eukaryotik siqnal ötürmə sistemləri (məsələn, steroid hormonlar [sitoplazmatik reseptor] və insulin [membran reseptoru]) bu iki növ bakterial kvorumu algılayan siqnal ötürülməsi sistemlərinə analoji olaraq işləyir.

    Transkripsiya faktorları kimi sitoplazmik reseptorlar

    Anlamaq üçün ən sadə kvorum algılama sistemləri Engebrecht və Silverman tərəfindən V. fischeri-də kəşf edilən sistemlərdir. Yığılmış, hüceyrədənkənar avtoinduktor hüceyrə daxilində yayılır və sitoplazmik reseptorla (LuxR adlanır) bağlanır. Sitoplazmik reseptor bir transkripsiya faktorudur, yəni müəyyən bir promotor DNT ardıcıllığına bağlanır. Bu sistem keçid funksiyasını yerinə yetirir: sitoplazmatik reseptor yalnız öz avtoinduktoruna bağlı olduqda DNT-yə bağlanacaq (Şəkil 13). Avtoinduktorla əlaqəli sitoplazmik reseptor DNT-ni bağladıqdan sonra, DNT-ni də bağlamaq üçün RNT polimerazanı işə götürür və aktivləşdirir. RNT polimeraza daha sonra yaxınlıqdakı genləri kodlayan messenger RNT (mRNA) transkripsiyasına başlayır. mRNT, öz növbəsində, ribosomlara genlər tərəfindən kodlanan zülalları sintez etməyi tapşırır (bax: Mərkəzi Dogma). Bioluminesans nümunəmizdə ifadə olunan genlər işıq yaradan lusiferaza fermentini və avtoinduktoru yaradan LuxI fermentini kodlayır.

    Şəkil 13 Sitoplazmik reseptorlar gen ifadəsini necə idarə edir. Avtoinduktor sitoplazmatik reseptorla bağlanır və konformasiya dəyişikliyinə səbəb olur (zülalın formasının dəyişməsinə səbəb olur). Reseptor DNT-ni bağlaya, RNT polimerazanı işə götürə və yaxınlıqdakı genlərin transkripsiyasına icazə verə bilir.

    Membranı əhatə edən reseptorlar və fosforlaşma kaskadları

    Bir çox kvorum algılama sistemləri plazma-membranla əlaqəli reseptor zülallarını əhatə edir. Hüceyrənin kənarında yerləşən reseptor domenində xüsusi bir avtoinduktoru bağlayan bir cib var. Hüceyrənin daxili hissəsində yerləşən reseptor zülalının domeni kinaz və fosfataza adlanan iki fəaliyyətə malik bir fermentdir.

    Kinazlar (Şəkil 14) ATP-dən kimyəvi substrat kimi istifadə edərək, bir fosfatı zülaldakı müəyyən bir amin turşusu ilə kovalent bağlayan fermentlərdir. Zülala fosfatın əlavə edilməsi zülalın fəaliyyətini dəyişdirən tənzimləyici funksiyanı yerinə yetirir.

    Şəkil 14 Protein kinazları. Bu fermentlər adenozin trifosfatdan (ATP) zülalın amin turşusuna qədər fosfatı kovalent şəkildə bağlayır.

    Fosfatazlar (Şəkil 15) zülaldan fosfatı çıxaran fermentlərdir. Beləliklə, kinazlar və fosfatazlar əks fermentativ fəaliyyətə malikdirlər.

    Şəkil 15 Protein Fosfatazalar. Bu fermentlər zülalın amin turşusundan kovalent bağlı fosfatı çıxarır.

    Kvorum algılama vəziyyətində, aşağı hüceyrə sıxlığında, autoinducer yığılmadıqda, onun partnyoru plazma-membranla əlaqəli reseptor kinaz rolunu oynayır və özünü fosforlaşdırır (Şəkil 16). Bu fosfat qrupu, fosfatın transkripsiya faktoruna köçürülməsi ilə bitən bir sıra digər vasitəçi zülallar vasitəsilə ötürülür. Bu fosforlanmış transkripsiya faktoru, RNT polimeraza ilə birlikdə, qrup davranışları üçün lazım olan genlərin transkripsiya edilmədiyi halda, bakteriyaların fərd kimi fəaliyyət göstərməsi üçün lazım olan genlərin köçürülməsinə səbəb olur (Şəkil 16).

    Şəkil 16 Avtoinduktorların Plazma-Membran-Yaranan Reseptorlar vasitəsilə necə işləməsi. Bu reseptorlar hüceyrədənkənar bağlanma yeri və hüceyrədaxili ferment fəaliyyətləri (kinaz və fosfataz) olan zülallardır. Avtoinduktor olmadan reseptorun kinaz hissəsi aktivdir və o, özünü fosforlaşdırır (yəni reseptorun üzərinə fosfat qrupu qoyur). Bu fosfat qrupu bir neçə vasitəçi zülal vasitəsilə RNT polimeraza ilə gen ifadəsini idarə edən transkripsiya faktoruna köçürülür. Bu vəziyyətdə fərdi davranışlar üçün genlər işə salınır və qrup davranışları üçün genlər söndürülür. Avtoinduktor partnyor plazma-membranla əlaqəli reseptorla bağlandıqda, reseptorun kinaz hissəsini söndürən və reseptorun fosfataza hissəsini işə salan reseptor zülalında konformasiya dəyişikliyinə səbəb olur. Fosfataza reseptordan fosfatı çıxarır, vasitəçi zülallar vasitəsilə axını tərsinə çevirir. Bu ssenaridə qrup davranışları üçün genlər işə salınır və fərdi davranışlar üçün genlər söndürülür.

    Yüksək hüceyrə sıxlığında nə baş verir? Avtoinduktorların səviyyələri artır, bu da autoinduktor molekullarının plazma-membranla əlaqəli reseptoruna bağlanmasına şərait yaradır. Avtoinduktorun bağlanması reseptoru kinazdan fosfatazaya dəyişir. Reseptor fosfat qrupunu özündən çıxarır. Bu, transkripsiya faktorundan, ara zülallar vasitəsilə reseptora fosfat axınını tərsinə çevirir və nəticədə bu geri axan fosfatlar reseptordan çıxarılır. Bu vəziyyətdə, fərdi davranışlar üçün lazım olan genlər transkripsiya edilmir, qrup davranışları üçün tələb olunan genlər mRNT-yə köçürülür və sonra zülallara çevrilir. (Şəkil 16).

    Müsbət rəy döngəsinin rolu

    Kvorum algılama sistemləri həmçinin biologiyada “geri əlaqə döngələri” adlanan geniş yayılmış idarəetmə sistemini göstərir. Hüceyrələrin necə qərar qəbul etdiyini öyrənsəniz, geribildirim döngələri ilə təkrar-təkrar qarşılaşacaqsınız. Geribildirim döngələri biologiyaya xas deyil. Elektrik mühəndisləri dövrə dizaynında tez-tez rəydən istifadə edirlər. Müsbət rəyin qısa tərifinə Vikipediyada rast gəlmək olar: “Müsbət əks əlaqə sistemə kiçik bir pozğunluğun təsirinə təlaşın miqyasında artımın daxil olduğu əks əlaqə dövrəsində baş verən prosesdir. Yəni A daha çox B istehsal edir, bu da öz növbəsində daha çox A istehsal edir.

    Gəlin bu prinsipin kvorum qəbulunda necə oynadığını görək. Şəkil 17-də giriş, genlərin transkripsiyasını "A fəaliyyətini" tetikleyen avtoinduktordur. Gen transkripsiyası biolüminessensiya kimi arzu olunan çıxışı yaradır. Bununla belə, o, həm də “B” fəaliyyəti” kimi çıxış edən daha çox avtoinduktor istehsal fermentini yaradır. Daha sonra ferment aktivliyi daha çox daxilolma (avtoinduktor) ilə nəticələnir, bu da daha çox transkripsiya ilə nəticələnir (“A aktivliyi”).

    Şəkil 17: Müsbət Əlaqə Döngəsi Kvorum Sensasiyasına səbəb olur. Autoinducer bioluminescence istehsal edən lusiferaza genləri ilə birlikdə autoinducer istehsal edən fermenti kodlayan genin transkripsiyasını aktivləşdirir. Daha çox avtoinduktor istehsal edən fermentlər hazırlanır və onlar daha çox avtoinduktor istehsal edirlər (bu, daha çox avtoinduktor istehsal edən fermentlərin yaranmasına səbəb olur və s.). Bu müsbət rəy döngəsidir.

    Müsbət rəy nə edir? Bu vəziyyətdə, bakterial populyasiyanın davranışında keçid kimi dəyişikliyə səbəb olur. Müəyyən bir avtoinduktor səviyyəsinə çatdıqdan sonra (bakteriya hüceyrələrinin böyüməsi səbəbindən) autoinducer istehsalı birdən-birə sürətlə artır, çünki daha çox avtoinduktor istehsal fermenti hazırlanır. Avtoinduktorun bu "bolus-dozu" bütün yaxınlıqdakı hüceyrələri kvorum algılama rejiminə keçməyə təşviq edir, ehtimal ki, qrup davranışlarının icrasında öhdəliyi və sinxronizasiyanı təşviq edir. Avtoinduktor istehsalı ilə bağlı müsbət rəy olmadan təsəvvür edə bilərsiniz ki, ümumiyyətlə, hüceyrələr yalnız yavaş-yavaş artan avtoinduktor konsentrasiyalarını yaşayacaq və keçidi ləng edəcək. Belə bir rabitə sistemi səs-küylü və səmərəsiz olardı, bəzi hüceyrələr kvorumu algılama ilə məşğul olmaq üçün kifayət qədər autoinducer aşkarlayacaq, digərləri isə daha az avtoinduktorla qarşılaşaraq kvorum algılama keçidində geri qalır. Məhz bu müsbət geribildirim dövrəsidir ki, burada rabitə molekulunun istehsalı “avtoinduktor” adının yaranmasına səbəb olan kvorum algılama relesi tərəfindən aktivləşdirilir.

    Növlərarası, Nəsildaxili və Növlərarası Əlaqə

    Bakteriyalar tez-tez kvorumu təyin etmək üçün çoxlu avtoinduktorlardan istifadə edirlər və hər bir avtoinduktorun kimyəvi təbiəti yaxınlıqda "kim" olduğuna dair müxtəlif məlumatları kodlayır. V. harveyi götürün: o, növ daxili, nəsildaxili və növlərarası əlaqə üçün üç müxtəlif avtoinduktor kimyəvi maddədən istifadə edir (Şəkil 10 və 18). Yalnız V. harveyi və onun ən yaxın qohumu AI-1 kimyəvi maddəsini istehsal edir AI-1 avtoinduktoru növlərarası əlaqə üçün istifadə olunur. AI-1 ilkin olaraq V. fischeri autoinducer kimi müəyyən edilmiş homoserin laktonuna bənzər homoserin laktondur. Bu, kvorum tədqiqində ümumi mövzudur: fərqli homoserin lakton birləşmələri, yəni oxşar, lakin eyni olmayan molekullar növlərarası əlaqə üçün müxtəlif bakteriyalar tərəfindən istifadə olunur. Vibriolar (Vibrio cinsinin bütün bakteriyaları) CAI-1 adlı başqa bir kimyəvi maddə hazırlayır və bunu göstərir CAI-1 cinsdaxili ünsiyyət üçün istifadə olunur. Əksinə, AI-2 adlı autoinducer kimyəvi geniş bakteriyalar arasında edilir, belə ki, AI-2-nin növlərarası əlaqədə işləməsi təklif olunur. V. harveyi AI-1:CAI-1:AI-2 nisbətini təyin etmək qabiliyyətinə malikdir.

    Şəkil 18 Avtoinduktorlar Bakterial İdentifikasiyalar haqqında Məlumatı Kodlayır. Yalnız V. harveyi növü AI-1 kimyəvi maddəsini istehsal edir ki, bu da onun ən yaxın qohumları ilə “şəxsi” ünsiyyət üçün istifadə edildiyini göstərir. CAI-1, Vibrio cinsinin bütün bakteriyaları tərəfindən ifraz olunur və aşkar edilir, buna görə də müxtəlif Vibrios növləri arasında daha geniş ünsiyyət üçün istifadə olunur. AI-2 bir çox müxtəlif növ bakteriya tərəfindən hazırlanmış avtoinduktordur, buna görə də çox geniş növlərarası əlaqə üçün istifadə olunur.

    Maraqlıdır ki, V. harveyi, avtoinduktor siqnalının üstünlük təşkil etdiyinə əsaslanaraq, kvorum-hiss ilə idarə olunan davranışlarını uyğunlaşdırır. Güman ki, V. harveyi onun və onun qohumlarının və ya alternativ olaraq bəzi digər bakteriya növlərinin qarışıq növlər cəmiyyətinin əksəriyyətində olub-olmadığını müəyyən etmək üçün üç avtoinduktorun nisbi konsentrasiyalarındakı məlumatı deşifrə edir. Həmin məlumat əsasında V. harveyi öz şəraitinə uyğun olan kvorumu hiss edən davranışlar həyata keçirir. Bu o deməkdir ki, kvorum algılaması vasitəsilə bakteriyalar özünü məndən olmayandan ayıra bilər!

    Bütün bu müxtəlif autoinducerləri kim edir? Kvorumun tədqiqində iştirak edən komponentlərin kəşfləri ilə bağlı yuxarıdakı izahatlarda tədqiq olunan bakteriyalar laboratoriyalarda tək növ kimi kolbalarda yetişdirilmişdir. Bu ilkin strategiya kvorum algılamasının əsas prinsiplərini kəşf etmək üçün sadə təcrübələr aparmaq üçün məqsədəuyğun idi. Bununla belə, təbiətdə bakteriyalar mürəkkəb və dəyişən mühitlərdə, biofilmlərdə yaşayır və tez-tez digər bakteriya növləri ilə birlikdə yaşayırlar.

    Məsələn, bu hekayədə daha əvvəl qeyd etdiyim insan mikrobiomunu götürək. Ağzınız, məsələn, dişlərinizdə və diş ətinizdə biofilmlərdə yaşayan bir çox bakteriyaların inkişaf edən birliyidir. İnsan bağırsağında, ilk növbədə biofilmlərdə böyüyən 600 müxtəlif növdən ibarət 1014 bakteriya hüceyrəsi (bədəninizdəki insan hüceyrələrinin sayından daha çox!) hesablanan çox mürəkkəb bakterial birliklər mövcuddur. Təsəvvür edə bilərsiniz ki, bir çox avtoinduktorlar mövcuddur, onların səviyyələri dəyişir (bağırsaqda avtoinduktorları cəmləşdirə və ya yuya bilən dövri maye axını var) və qida maddələrindəki dəyişikliklər (insan nə vaxt və nə yediyindən asılı olaraq) müəyyən bakteriyaların böyüməsinə imkan verə bilər. müxtəlif vaxtlarda daha sürətli və ya daha yavaş. Nədənsə, bu müxtəlif konsorsiumlardakı ayrı-ayrı bakteriyalar, uyğun davrana bilməsi üçün qonşularının nə qədər və kim olduğunu müəyyən etmək üçün avtoinduktor məlumatlarını ölçməli və şərh edə bilməlidirlər. Bundan əlavə, onlar icma tərkibindəki dəyişikliklərlə mübarizə aparmaq üçün öz qiymətləndirmələrini yeniləməyi bacarmalıdırlar.

    Elm adamları insan mikrobiomunda (yaxud hər hansı mürəkkəb qarışıq növ bakteriya cəmiyyətində) kvorum algılamasının necə işlədiyini hələ çox başa düşmürlər, çünki bu cür tədqiqatların ilk günlərindədir. Burada, buna baxmayaraq, yuxarıda müzakirə edilən tapıntılardan bildiklərimizə əsaslanaraq bəzi imkanlar haqqında fikir verməyə çalışırıq. Şəkil 19, tərkibində çoxlu bakteriya növləri olan icmalarda kvorumun müəyyən edilməsi haqqında düşünməyə necə başlaya biləcəyimizə dair bir şəkil təqdim edir. Sadəlik üçün biz yalnız növ daxili və növlərarası avtoinduktorları nəzərdən keçiririk. Şəkil 19-un yuxarı paneli qarışıq növ icmasını göstərir. Təsəvvür edin ki, bir-birinin yaxınlığında yaşayan bir çox müxtəlif növ bakteriya var. Şəkildə hər bir rəng nümunəsi bir bakteriya növünü təmsil edir.

    Şəkil 19 Qarışıq Növlü İcmalarda Kvorum Sensorunun Necə İşlədiyi Model. Aşağı sol panel icmada çoxlu olan "sarı" növləri vurğulayır. Onlar öz növ daxili avtoinduktorlarının (sarı üçbucaqların) yüksək səviyyəsi ilə, eləcə də növlərarası avtoinduktorun (mavi üçbucaqlar) yüksək konsentrasiyası ilə qarşılaşırlar. Avtoinduktorların bu qarışığı "sarı" növlərə onların yüksək hüceyrə sıxlığında olduqlarını, lakin onların qohum olmayan qonşularının (üst paneldə) olduğunu bildirir. Digər tərəfdən, portağal bakteriya növlərinin sayı azdır (üst panel). Aşağı sağ panel "narıncı növlər" vəziyyətini vurğulayır. Öz avtoinduktorunun (narıncı üçbucaqlar) növlərarası avtoinduktorun (mavi üçbucaqlar) müqayisəsi bu bakteriya növünün qohum olmayanlara görə çox üstün olduğunu bildirir.

    Tədqiqatçının sualı: Sizcə, cizgi filmimizdəki “sarı bakteriyalar” ətraf mühit haqqında hansı məlumatları toplaya bilər?

    Cavab: Aşağı sol panel "sarı" növləri vurğulayır. Bizim sxemimizdə cəmiyyətdə çoxlu “sarı” bakteriya var. Onlar öz növ daxili avtoinduktorlarının (sarı üçbucaqların) yüksək səviyyəsi ilə, eləcə də növlərarası avtoinduktorun (mavi üçbucaqlar) yüksək konsentrasiyası ilə qarşılaşırlar. Avtoinduktorun bu qarışığı "sarı" növlərə onların yüksək hüceyrə sıxlığında olduqlarını, lakin onların qohum olmayan qonşularının olduğunu bildirir.

    Tədqiqatçının sualı: Aşağı sağ paneldə "narıncı" növləri götürün. Sizcə, tək narıncı bakteriya avtoinduktor qarışığından hansı məlumatı çıxarır?

    Cavab: Cizgi filmimizdə "narıncı" növdən yalnız bir neçə bakteriya var (orijinal, yuxarı panelə baxın). “Narıncı” bakteriya növü növə xas avtoinduktorun (narıncı üçbucaqlar) heç birini və ya çox aşağı səviyyəsini aşkar etmir, lakin növlərarası avtoinduktorun (mavi üçbucaqlar) yüksək səviyyəsi ilə qarşılaşır. Avtoinduktorların bu kombinasiyası "narıncı" növlərə onun və onun qohumlarının qeyri-cinsilərə görə çox olduğunu bildirir.

    Üst panelə qayıdaraq, bizim ssenarimizə görə, “sarı” növlər, çox güman ki, bir qrup olaraq inkişaf etməsinə kömək edən kvorumu hiss edən bir çox genləri işə salacaqlar. Bununla belə, “sarı” növlər kvorumu hiss edərək idarə olunan genlərdən ibarət bütün repertuarını işə salmaya bilər, çünki o, ətrafda sərbəst buraxılan molekullar uğrunda rəqabət apara və onlardan faydalana biləcək çoxlu qohum olmayan qonşuların olduğunu aşkar etmiş olardı. “Sarı” növlər növlərarası avtoinduktorun aşkarlanması səbəbindən qohum olmayanların olduğunu bilir. O, cəmiyyətdə çoxluğu qoruyub saxlamaq üçün müdafiə davranışlarını aktivləşdirə bilər.

    "Narıncı" növ öz kvorumu təyin etmə proqramını işə salmaz, çünki bir qrup kimi məhsuldar fəaliyyət göstərmək üçün qohumlarının kifayət qədər üzvü yoxdur. “Narıncı” növlər, ehtimal ki, növə xas avtoinduktorun (narıncı üçbucaqlar) daha yüksək səviyyəsini aşkar edənə qədər gözləyəcək və vəziyyəti izləməyə davam edəcək. Fərqli avtoinduktor molekullarının nisbətindəki belə bir dəyişiklik, qarışıq növlər cəmiyyətində hüceyrə saylarında artan "narıncı" növləri xəbərdar edə bilər.


    İşığı görmək: Neyrospora Mavi İşıq Siqnalının Transduksiyasında Xəbərlər

    H. Linden, . G. Macino, Genetikada irəliləyişlər, 1999

    IV MAVİ İŞIQ SİQNALININ VERİLMƏSİNİN MUTASİYON ANALİZİ Neyrospora

    Son onilliklər ərzində, genetik parçalanması üçün xeyli səy göstərilmişdir Neyrospora mavi işığın ötürülmə yolu. Mavi işıq siqnalına təsir edən və ya iştirak edən çoxsaylı mutantlar təcrid edilmişdir (nəzərdən keçmək üçün bax Linden və b., 1997a). Ən vacib və ən yaxşı araşdırılmışdır Neyrospora Bu günə qədər təcrid olunmuş mavi işıq siqnalının ötürülməsində mutantlar var ağ yaxalıq mutantlar (Perkins və b., 1982 Harding və Shropshire, 1980). The ağ yaxalıq mutantların piqmentli konidiyaları var, miseliyalar isə işığın yaratdığı karotenoid biosintezində xüsusi çatışmazlıq səbəbindən ağ rəngdədir. Bu, karotin biosintezinin struktur genlərindəki mutasiyalar nəticəsində ağ miseliya və ağ konidiya aşkar edən albinos mutantlarından fərqlidir. The wc-1wc-2 mutantların demək olar ki, hamı üçün tamamilə “kor” olduğu göstərilmişdir Neyrospora mavi işığa cavab verir və klonlanmış mavi işıqla tənzimlənən genlərin əksəriyyətinin mavi işıq tərəfindən induksiya oluna bilməyəcəyi bildirilir. wc-1 və ya wc-2 mutant fon. Mutantların əksəriyyəti, o cümlədən bir neçəsi daha əvvəl bildirilmişdi Ayaqyolu mutant allellər ya təsadüfən, ya da seçim sistemi tətbiq edilmədən vizual yoxlama ilə təcrid edilmişdir (Degli-Innocenti və Russo, 1984b).

    Mavi işığın qəbuluna təsir edən yeni tənzimləyici mutantları təcrid etmək üçün N. crassa və “kor” mutantların doymuş genetik disseksiyasını həyata keçirmək üçün bir seçim sistemi hazırlanmışdır (Karattoli və b., 1995). Korluğun ölümcül görünməməsindən istifadə edərək Neyrospora, bütün lazımsız mavi işıq siqnalının ötürülməsi komponentləri bu seçim sistemi ilə müəyyən edilə bilər. İşığa səbəb olan əl-3 promotor kodlaşdırma bölgəsinə birləşdirildi mtr məhsulu neytral alifatik və aromatik amin turşularının udulmasına cavabdeh olan gen Neyrospora (Stüart və b., 1988). çevrildikdən sonra a mtr – /trp – bu konstruksiya ilə gərginlik, nəticədə yaranan gərginlik (13-1) triptofanın və fenilalaninin zəhərli analoqunun udulması üçün işıqdan asılı oldu; p-florofenilalanin (linden və b., 1997c). Gərginləşdirmək 13-1 ilə əlavə edilmiş mühitdə inkişaf edə bilmişdir səh-fluorofenilalanin yalnız qaranlıqda olduğu kimi əl-3::mtr gen quruluşu bu şərtlər altında ifadə edilmir. Bunun əksinə olaraq, işıqda əl-3::mtr promotor induksiya olunur, səbəb olur mtr ifadə və hüceyrə böyüməsini maneə törədən dərmanın qəbulu. Buna görə də, yalnız mavi işığın qavranılması və ya siqnal ötürülməsi pozulmuş mutantlar işıqda böyüyür. səh-fluorofenilalanin. Bu seçim sistemi mavi işıqla tənzimlənən proseslər üçün həssaslığın azaldığını göstərən mutantların təcridinə uğurla tətbiq edilmişdir (Karattoli və b., 1995). Mavi işıq tənzimləyici mutantlar blr-1blr-2 miselial karotenoid biosintezinin işıq induksiyasının azaldığını göstərən solğun-narıncı fenotip aşkar etdi. Bundan əlavə, mutantlar tədqiq edilən bütün işıqla tənzimlənən genlər üçün mRNT-nin sabit vəziyyət səviyyələrini azaldıblar. Cinsi keçid təcrübələrində mutasiyalar blr-1bk-2 dan müxtəlif seqreqasiya qruplarına düşdü wc-1wc-2. Nəticədə, onlar sızan allelləri təmsil etmirlər Ayaqyolu yer. Bundan əlavə, izolyasiya üçün seçim sistemi istifadə edilmişdir Ayaqyolu ultrabənövşəyi mutagenezdən sonra mutantlar ( Linden və b., 1997c). Hərtərəfli yoxlamaya baxmayaraq, əlavə yoxdur Ayaqyolu başqa yerlər wc-1wc-2 təcrid olunmuşdular. Buna görə də, wc-1wc-2 genlər mövcud olan yeganə lazımsız lokus kimi görünür Neyrospora işığa qarşı tam “korluğa” gətirib çıxarır.

    İndicə təsvir edilən seçim sisteminin daha bir tətbiqi var: Seçim gərginliyi 13-1 qaranlıqda aromatik amin turşularını qəbul edə bilmir. Ultrabənövşəyi mutagenezdən sonra böyümə 13-1 qaranlıqda triptofan üzərində mutantların təcrid edilməsi ilə nəticələndi ccb-1ccb-2 (təsisçi karotenoid biosintezi üçün), qaranlıqda belə işıqlı bir fenotip göstərən ( Linden və b., 1997c). Qaranlıqda konstitutiv miselial karotenoid biosintezinə baxmayaraq, mutantlar qaranlıqda işıqla tənzimlənən genlərin artan mRNT səviyyələrini göstərmədilər. Bununla belə, vəhşi tiplə müqayisədə bəzi işıqla tənzimlənən genlərin artan ifadəsi işıq induksiyasından sonra baş verdi və bu, ən azı mavi işıq siqnalında bir funksiyanı göstərir. ccb-1. Onun resessiv təbiəti karotenoid biosintezinin işıq induksiyasına xüsusi təsiri ilə birlikdə ccb-1 bəzi işıqla tənzimlənən genlərin transkripsiya repressoru kimi gen məhsulu. İşıqla tənzimlənən genlərin promotorlarında qaranlıq repressiya sahələrinin müəyyən edilməsi, bu cür repressorların varlığına işarə etdi. Neyrospora (Kaldenhoff və Russo, 1993). Digər tərəfdən, ccb-2 gen məhsulunun konidiasiyanın inkişaf prosesi zamanı hərəkət etməsi təklif edilmişdir.


    Vizual əlaqə sualları

    Şəkil 20.12 Azot dövranı ilə bağlı aşağıdakı mülahizələrdən hansı yanlışdır?

    1. Ammonifikasiya canlı orqanizmlərdən üzvi azotlu maddələri ammoniuma (NH4 + ).
    2. Bakteriyalar tərəfindən denitrifikasiya nitratları (NO3 - ) azot qazına (N2).
    3. Bakteriyalar tərəfindən nitrifikasiya nitratları çevirir (NO3 - ) nitritlərə (NO2 - ).
    4. Azot fiksasiya edən bakteriyalar azot qazına çevrilir (N2) üzvi birləşmələrə çevrilir.

    Şəkil 20.28 Aşağıdakı bölgələrdən hansında fotosintetik orqanizmlərin tapılmasını gözləyirsiniz?

    1. Afotik zona, neritik zona, okean zonası və bentik səltənət.
    2. Fotik zona, gelgit zonası, neritik zona və okean zonası.
    3. Fotik zona, abyssal zona, neritik zona və okean zonası.
    4. Pelagik aləm, afotik zona, neritik zona və okean zonası.

    Amazon Associate olaraq biz uyğun alışlardan qazanırıq.

    Bu kitabı sitat gətirmək, paylaşmaq və ya dəyişdirmək istəyirsiniz? Bu kitab Creative Commons Attribution License 4.0-dır və siz OpenStax-ı atribut etməlisiniz.

      Əgər siz bu kitabın hamısını və ya bir hissəsini çap formatında yenidən yayırsınızsa, o zaman hər bir fiziki səhifəyə aşağıdakı atributu daxil etməlisiniz:

    • Sitat yaratmaq üçün aşağıdakı məlumatdan istifadə edin. Bu kimi sitat alətindən istifadə etməyi məsləhət görürük.
      • Müəlliflər: Samantha Fowler, Rebecca Roush, James Wise
      • Nəşriyyat/veb saytı: OpenStax
      • Kitabın adı: Biologiya anlayışları
      • Nəşr tarixi: 25 aprel 2013-cü il
      • Yer: Hyuston, Texas
      • Kitabın URL-i: https://openstax.org/books/concepts-biology/pages/1-introduction
      • Bölmə URL: https://openstax.org/books/concepts-biology/pages/20-visual-connection-questions

      © 12 yanvar 2021 OpenStax. OpenStax tərəfindən hazırlanan dərslik məzmunu Creative Commons Attribution License 4.0 lisenziyası əsasında lisenziyalaşdırılıb. OpenStax adı, OpenStax loqosu, OpenStax kitab üzlükləri, OpenStax CNX adı və OpenStax CNX loqosu Creative Commons lisenziyasına tabe deyil və Rays Universitetinin əvvəlcədən və açıq yazılı razılığı olmadan təkrar istehsal edilə bilməz.


      Görmənin Molekulyar Biologiyası

      Theodore G. Wensel , Theodore G. Wensel , Basic Neurochemistry (Səkkizinci Nəşr), 2012

      Fototransduksiya zülal konformasiyasında işıqla tetiklenen dəyişikliklərin və zülalların bir-biri ilə və guanin nukleotidləri ilə qarşılıqlı təsirindəki dəyişikliklərin yüksək gücləndirilmiş kaskadından ibarətdir.

      Fototransduksiya işığın udulmasına cavab olaraq elektrokimyəvi siqnalın yaradılmasıdır (Baylor, 1996 Burns & Arshavsky, 2005 Gross & Burns, 2011 Stryer, 1986). Na+ ionlarının işığa həssas kanallar vasitəsilə xarici seqmentə daxil olması səbəbindən fotoreseptorlar qaranlıqda nisbətən depolarizasiya olunur və nəticədə onlar davamlı olaraq neyrotransmitter qlutamatı buraxırlar. İşıq biokimyəvi şəlaləni induksiya edir ki, bu da kanalların bağlanması yolu ilə pilləli hiperpolyarizasiyaya səbəb olur və nəticədə qlutamatın sərbəst buraxılmasının tədricən yavaşlaması ilə nəticələnir.

      Həyəcanlı hüceyrələrin əksəriyyəti stimullaşdırma olmadığı halda hiperpolyarizasiya vəziyyətində olduğu halda, membran potensialı −90 mV (daxilidə xaricdən daha mənfi) və −60 mV arasında olduğu halda, qaranlıqda fotoreseptorların membran potensialı −40 mV-ə yaxındır, ona görə də onlar nisbətən depolarizasiya olunmuş hesab olunurlar. Hiperpolyarizasiyanı təşviq edən molekullar Na+-nı hüceyrədən və K+-nı sitoplazmaya vurmaq üçün ATP-nin hidrolizindən əldə edilən enerjidən istifadə edən Na,K-ATPaz və daxili seqmentdə K+ ionlarının yaranmasına imkan verən kalium-selektiv kanallardır. hüceyrədənkənar məkanda daha aşağı konsentrasiyaya yayılmaq, bununla da hüceyrə daxilində müsbət yükün defisiti və mənfi membran potensialı yaranır. Daxili seqmentdə (K + kanallarının yerləşdiyi yerdə) bu xarici müsbət cərəyanı balanslaşdırmaq, xarici seqmentdə Na + tərəfindən aparılan böyük daxili cərəyandır (daha ətraflı müzakirə üçün 3, 4-cü hissələrə baxın).

      Bu daxili cərəyanı kataliz edən kanal cGMP üçün seçici siklik nukleotid qapılı kanaldır. Bu kanal fizioloji kationlar üçün nisbətən qeyri-spesifikdir, lakin yüksək hüceyrəxarici Na + konsentrasiyasına görə ilk növbədə Na+ ionlarını hüceyrədənkənar boşluqdan sitoplazmaya keçirir.Na + ionlarının ekstruziyasından və daxili seqmentdən K + ionlarının xaricə diffuziyasından və ilk növbədə Na + ionlarının diffuziyasından (qismən K + ionlarının xaricə yayılması ilə tarazlaşdırılaraq, geri çevrilmə potensialına səbəb olan) tam bir dövrə var. kimi tanınan xarici seqmentə daxil olan Na+-selektiv kanallar (Yau & Nakatani, 1984) üçün gözləniləndən xeyli aşağıdır. sirkulyasiya edən qaranlıq cərəyan (Hagins & amp Yoshikami, 1970). Ca 2+ ionlarının daşıdığı qaranlıq cərəyanın kiçik, lakin fizioloji cəhətdən çox vacib komponenti də var. Ca 2+ ionları elektrogen Na + /K + /Ca 2+ dəyişdiricisi (Schnetkamp, ​​2004) tərəfindən ekstrüde edilir və CNG kanalı vasitəsilə hüceyrəyə geri sızır.

      Niyə bu cərəyanlar fototransduksiya üçün bu qədər vacibdir? Fototransduksiyanın mahiyyəti molekulyar mexanizmdir ki, onun vasitəsilə fotoreseptor hüceyrələrə dəyən işığın aşkarlanması və aşağı axın neyronlarına, ON və OFF bipolyar hüceyrələrə və üfüqi hüceyrələrə çatdırılması mümkündür. Fotoreseptorlar həyəcanverici nörotransmitter glutamatın sərbəst buraxılması vasitəsilə bu aşağı axın hüceyrələrlə əlaqə qurur və qlutamatın sərbəst buraxılması, açılışı presinaptik məkanı Ca 2+ ilə dolduran və sinaptik vezikülə səbəb olan gərginliyə bağlı Ca+ kanallarının təsiri ilə membran potensialı ilə idarə olunur. füzyon və glutamatın sərbəst buraxılması (Heidelberger et al., 2005). Həm çubuqlarda, həm də konuslarda glutamatın sərbəst buraxılması mərhələli şəkildə baş verir, membran potensialı ilə idarə olunur və buna görə də CNG kanalından keçən cərəyanın işığa bağlı dəyişiklikləri ilə nəticələnir. Bu kanaldan keçən cərəyan membran potensialını idarə edir və bu cərəyan cGMP-nin sitoplazmik konsentrasiyası ilə idarə olunur, bu da öz növbəsində işıqla idarə olunur.

      İşıq cGMP konsentrasiyasını necə idarə edir? Cavab rhodopsinin fotoaktivləşməsi ilə başlayır. Rodopsin bir çox cəhətdən prototipik G-protein-qoşulmuş reseptordur (GPCR). Qaranlıqda onun tərs agonisti var (bağlanması GPCR-nin G zülallarını aktivləşdirmək qabiliyyətini aşağı salan birləşmə), 11-cis retinaldehid, onun transmembran sahəsindəki lizin qalığına kovalent birləşmiş (Şiff əsası kimi) (şək. 51-4). Bu vəziyyətdə rodopsinin görmə qabiliyyətinin heterotrimerik G zülalının, transdusin (G) α alt bölməsində ÜDM üçün GTP mübadiləsini kataliz etmək qabiliyyəti yoxdur.αt). İşığın udulması retinanın 11-dən fotoizomerləşməsinə səbəb olur.cis hamıya -trans qeyri-adi yüksək kvant məhsuldarlığı ilə 0,65 (Kim et al., 2001). Rodopsinin kvant səmərəliliyi G-protein kaskadının gücləndirilməsi ilə birlikdə çubuqlara fərdi fotonlar səviyyəsində çox aşağı işıq səviyyələrinə cavab verməyə imkan verir. The cistrans izomerləşmə rodopsində konformasiya dəyişikliyinə səbəb olur (şək. 51-4, 51-5). Hamısı-trans-retinal güclü agonistdir və rodopsini aktivləşdirilmiş formaya, metarhodopsin II-yə (MII) çevirir, bu da öz növbəsində G-nin çevrilməsini katalizləyir.αtβγ-ÜDM-dən Gαt-GTP+Gβγ, saniyədə bir neçə yüz sürətlə (şək. 51-6).

      Şəkil 51-4. Görmənin əsas hadisələri və görmə dövrünün fotoreseptor hissəsi zamanı fotoreseptorlarda retinoidlərin molekulyar çevrilmələri.

      Rodopsin aldehid hissəsi 11-dən ibarət olduqda əmələ gəlir.cis-torlu qişa lizin 296 ilə protonlaşmış Şiff əsasını əmələ gətirir apo-opsin reseptoru. Onun absorbsiya spektri ultrabənövşəyi şüada maksimum absorbsiyadan (380 nm) görünənə (500 nm) kəskin şəkildə qırmızıya keçir. Rodopsinin udulması bütün maddələrin fotoizomerləşməsinə səbəb olur.trans 11-ə qədərcis, batorodopsin əmələ gətirir. Bir sıra zülal konformasiya dəyişiklikləri və deprotonasiya və protonasiya mərhələlərində batorodopsin G zülalını, metarhodopsin II-ni aktivləşdirməkdən məsul olan formaya rahatlaşır. Nəhayət, metarhodopsin II metaxodopsin III-ə parçalanır, bütün bunlardantrans-torlu qişa hidrolizə uğrayaraq keçici sərbəst bir hovuz əmələ gətirir.trans-torlu qişa və opsin. Hamısı pulsuz -trans-torlu qişa hamısına çevrilir-transreduktant kimi NADPH istifadə edən retinol dehidrogenazlar (RDH) kimi tanınan fermentlər sinfinin təsiri ilə retinol. Hamısı-trans-retinol hüceyrə membranı vasitəsilə yayıla bilər və torlu qişanın piqmentli epitelinə yol aça bilər, burada görmə dövrünün sonrakı çevrilmələri baş verir (bax. Şəkil 51-10), nəticədə 11- regenerasiya olunur.cis-torlu qişa.

      Şəkil 51-5. Rodopsinin konformativ aktivləşməsi.

      Kovalent birləşmiş xromofor ilə rhodopsinin (siyah lentlər) tünd, qeyri-aktiv vəziyyətinin strukturunun lent diaqramı, 11-cis boşluq doldurma rejimində (göy) göstərilən retinaldehid (pdb faylı 1U19, Okada və digərləri, 2004) C-terminalı olan opsinin aktiv uyğunlaşmasının strukturu (narıncı lentlər pdb faylı 3DQB Scheerer et al., 2008) üzərində qurulmuşdur. vizual G zülalından peptid sitoplazmik üzündə Gat ilə bağlanır (narıncı boşluq dolduran model). Bu fəsildəki bütün molekulyar qrafiklər UCSF Chimera ilə göstərilmişdir

      Şəkil 51-6. Metarhodopsin II ilə G proteininin aktivləşdirilməsi.

      Qaranlıqda vizual G zülalı transdusin əsasən heterotrimer, Gαβγ kimi mövcuddur və ÜDM Gαt alt bölməsinə bağlıdır. Bu, G zülalının qeyri-aktiv vəziyyətidir və o, yalnız rodopsinlə zəif qarşılıqlı təsir göstərir. ÜDM-in dissosiasiyası son dərəcə ləngdir və 10.000 s vaxt sabiti ilə baş verir. Metarhodopsin II-nin (MII) işıq aktivləşməsi və formalaşması zamanı heterotrimer MII-ni bağlayır, bu da ÜDM-in sürətli dissosiasiyasına imkan verən konformasiya dəyişikliyinə səbəb olur. GTP olmadıqda, bu MII kompleksi (burada MII və rodopsinin dimeri kimi göstərilir) və nukleotidsiz Gαβγ çox sabitdir. Çubuqun xarici seqmentində GTP konsentrasiyası 10−3 mol/L səviyyəsindədir, belə ki, ÜDM çox sürətlə nukleotidsiz Gαt alt bölməsinə bağlanır. GTP bağlanması Gαt-GTP-nin həm Gαβγ, həm də MII-dən ayrılmasına səbəb olan konformasiya dəyişikliyinə səbəb olur (bax. Şəkil 51-7).

      Strukturlar aşağıdakı pdb fayllarına əsaslanır: 1GOT (Lambright və digərləri, 1996) 3DQ (Pettersen et al., 2004) və 1TND (Noel et al., 1993).

      G.-nin əhəmiyyətiαt–GTP əmələ gəlməsi ondan ibarətdir ki, bu kompleks katalitik cəhətdən güclü cGMP-ə xas fosfodiesterazın, PDE6-nın fəaliyyətinə nəzarət edir (Wensel, 1993). PDE6 iki böyük (hər biri təxminən 100 kDa) katalitik alt bölmədən ibarət heterotetramerik zülaldır, PDE6αβ, və iki eyni kiçik inhibitor subunit, PDE6γ. G-nin ÜDM-ə bağlı qaranlıq vəziyyətiαt PDE6 üçün çox aşağı yaxınlığa malikdir, lakin GTP onun PDE6-nı aktivləşdirmək qabiliyyətini kəskin şəkildə artıran konformasiya dəyişikliyinə səbəb olur (Şəkil 51-7, 51-8). Zaman PDE6γ katalitik alt bölmələrə və G ilə bağlıdırαt-GTP yoxdur, onda PDE6-nın fəaliyyəti onun maksimal aktivliyinin mində birinə bərabərdir. Gαt-GTP bu kompleksə bağlanır və görünür, PDE6-nı itələyirγ artıq katalitik fəaliyyətə mane olmayan bir vəziyyətə gətirilir. Bu vəziyyətdə, Gαt-GTP ilə bağlıdır, PDE6 diffuziya həddinə yaxın 10 8 M −1 -s −1 səviyyəsində katalitik effektivliklə cGMP-ni hidroliz edir. cGMP-nin sitoplazmik konsentrasiyası sürətlə aşağı düşdükcə, cGMP CNG kanalından ayrılır, kanallar bağlanır, qaranlıq cərəyan azalır və ya ləğv edilir və membran potensialı hiperpolyarlaşır. Qaranlıq cərəyan, fərdi qaranlıqda uyğunlaşdırılmış çubuqların bir foton həyəcanlanmasından tutmuş, işığa uyğunlaşdırılmış işıqların doymasına yaxınlaşmaq üçün lazım olan hər hüceyrəyə yüz minlərlə foton yağışına qədər geniş işıq intensivliyi üzrə mərhələli şəkildə azaldılır. konuslar. PDE6-nın G. tərəfindən aktivləşdirilməsiαt-GTP disk membranının lipid səthi (Malinski & Wensel, 1992 Melia et al., 2000) ilə çox gücləndirilir, hər ikisi kovalent şəkildə bağlanmış lipid qrupları, G üçün N-terminal yağ asil modifikasiyası ilə bağlıdır.αt, (Kokame et al., 1992 Neubert et al., 1992 Z. Yang & Wensel, 1992b) və PDE6-nın C-terminalına birləşdirilmiş həm farnesil, həm də geranilgeranil izoprenoidləri.αβ katalitik subunits (Anant et al., 1992 Qin et al., 1992).

      Şəkil 51-7. Transdusinin konformasiya aktivləşməsi, Gαt.

      Gαt-ın tünd, qeyri-aktiv vəziyyətinin strukturunun lent diaqramı (göy lentlər) kosmos doldurma rejimində (göy) göstərilən bağlı ÜDM ilə (pdb faylı 1TAG, (Lambright et al., 1994) Gαt-ın aktiv konformasiyasının strukturu üzərinə qoyulmuşdur. (narıncı lentlər pdb file 1TNDb (Noel et al., 1993) hidroliz olunmayan GTP analoqu ilə bağlanır (narıncı boşluq dolduran model qara rəngdə Mg 2+ ilə əlaqələndirilir).

      Şəkil 51-8. Aktivləşdirilmiş transdusin, Gαt-GTP ilə PDE6-nın aktivləşdirilməsi.

      PDE6 inhibitor PDE6γ subunitləri ilə qaranlıqda çox aşağı fəaliyyət səviyyəsində (PDE6i) saxlanılır. GTP ilə əlaqəli formada Gαt PDE6-ya möhkəm bağlanır və PDE6γ tərəfindən qoyulan inhibitor məhdudiyyəti aradan qaldırır, aktiv forma PDE6* əmələ gətirir və cGMP hidrolizinin sürətli katalizinə imkan verir.

      Strukturlar pdb faylı 1FQJ, Slep et al., 2001 (Gαt və PDE6γ-nin C-terminal fraqmenti) və Dr. Zhixian Zhang (PDE6) tərəfindən dərc olunmamış elektron mikroskop məlumatlarından götürülmüşdür.



Şərhlər:

  1. Fenrishicage

    Səhv edirsən. PM-də mənə e-poçt göndərin.

  2. Mu'adh

    Nə deyəcəyimi də bilmirəm

  3. Layden

    Çox çox yaxşı !!!

  4. Kippie

    Maraqlı məqamlar var!



Mesaj yazmaq