Реакция клетки на химический сигнал может быть в одних случаях быстрой и кратковременной, в других -

медленной и продолжительной [2, 3]

Химические сигналы, приводящие клеточные функции в соответствие с изменениями среды, обычно вызывают быстрые и кратковременные ответы. Например, повышение уровня глюкозы в крови стимулирует секрецию белкового гормона инсулина эндокринными клетками поджелудочной железы. В считанные минуты повышение концентрации инсулина заставляет клетки печени и мышц усиленно поглощать глюкозу, и ее концентрация в крови падает. Этот ответ состоит из трех частей, ни одна их которых не требует синтеза нового белка:

1) в поджелудочной железе повышение уровня глюкозы заставляет клетки освобождать (путем экзоцитоза) запасенный в них инсулин;

2) в жировых и мышечных клетках во внутриклеточных пузырьках имеется некоторый резерв белков, транспортирующих глюкозу, и повышение уровня инсулина стимулирует включение этих пузырьков с их белками в плазматическую мембрану, что повышает скорость поглощения глюкозы; тогда уровень глюкозы в крови падает, и это снижает секрецию инсулина;

3) поскольку при снижении уровня инсулина добавочные переносчики

Рис. 12-5. Одни и те же сигнальные молекулы могут вызывать в разных клетках-мишенях различные ответы. В некоторых случаях это обусловлено тем, что сигнальная молекула связывается с разными белками-рецепторами (А и Б). В других случаях такие молекулы связываются с одинаковыми рецепторами, но активируют в разных клетках разные механизмы ответа (В и Г).

Албертс Б., Брей Д., Льюис Дж., Рэфф М., Робертс К. Уотсон Дж. Д. Молекулярная биология клетки: В 3-х т. 2-е изд. перераб. и доп. Т. 2.: Пер. с англ. – М.: Мир, 1993. – 539 с.

глюкозы быстро удаляются с клеточной поверхности путем эндоцитоза и снова включаются во внутриклеточный пул, скорость поглощения глюкозы жировыми и мышечными клетками возвращается к исходному уровню. Таким способом поддерживается относительно постоянная концентрация глюкозы в крови.

Нейромедиаторы вызывают еще более быстрые реакции: в ответ на освобождение ацетилхолина из двигательных нервных окончаний волокна скелетной мышцы сокращаются и вновь расслабляются всего лишь за несколько миллисекунд.

Химические сигналы играют важную роль и в процессах индивидуального развития животных, нередко определяя время и тип дифференцировки тех или иных клеток. Некоторые из вызываемых эффектов проявляются медленно и бывают продолжительными. Например, в период полового созревания клетки яичника начинают секретировать в больших количествах стероидный женский половой гормон эстрадиол.

Этот гормон вызывает изменение многих клеток в различных частях организма, что в конце концов приводит к развитию вторичных женских половых признаков, например к увеличению грудных желез. Если секреция эстрадиола прекращается, эти эффекты постепенно исчезают, но некоторые реакции, вызываемые стероидными половыми гормонами на очень ранней стадии развития млекопитающих, необратимы. Сходным образом, десятикратное повышение концентрации тиреоидного гормона в крови головастика стимулирует ряд радикальных и необратимых изменений, приводящих к его превращению в лягушку (рис. 12-6), 12.1.5. Только жирорастворимые сигнальные молекулы могут самостоятельно проникать в клетку

Все известные нейромедиаторы, а также большинство гормонов и локальных химических медиаторов водорастворимы. Есть, однако, исключения, и они образуют отдельный класс сигнальных молекул. Важными примерами служат сравнительно плохо растворимые в воде стероидные и тиреоидные гормоны, которые переносятся кровью в виде растворимых комплексов со специфическими белками-переносчиками. С таким различием в растворимости связаны фундаментальные различия в механизмах действия этих двух классов молекул на клетки-мишени.

Водорастворимые молекулы слишком гидрофильны, чтобы прямо приходить через липидный бислой плазматической мембраны; поэтому они связываются со специфическими белковыми рецепторами на клеточной поверхности. Напротив, стероидные и тиреоидные гормоны растворимы в липидах и, отделившись от белка-носителя, могут легко проникать через плазматическую мембрану клетки-мишени. Эти гормоны связываются с белковыми рецепторами внутри клетки (рис. 12-7).

Еще одно важное различие между двумя описанными классами сигнальных молекул - это разная продолжительность жизни в кровотоке или тканевой жидкости. Водорастворимые молекулы, перейдя в кровь,

Рис. 12-6. Превращение головастика в лягушку. Показанные радикальные изменения вызываются тиреоидным гормоном. Если у развивающегося эмбриона удалить зачаток щитовидной железы, животное будет продолжать расти как головастик, не претерпевая метаморфоза.

При введении тиреоидного гормона этот гигантский головастик превращается в лягушку.

Рис. 12-7. Внеклеточные сигнальные молекулы в зависимости от своей растворимости связываются с поверхностными или внутриклеточными рецепторами. Гидрофильные молекулы не способны прямо проходить через плазматическую мембрану, поэтому они связываются с рецепторами на поверхности клетки-мишени. Многие гидрофобные молекулы могут диффундировать через плазматическую мембрану и связываться с рецепторами внутри клетки. Будучи нерастворимы в водных средах, гидрофобные сигнальные молекулы транспортируются кровью в виде комплексов со специальными белками-переносчиками, от которых они отделяются, перед тем как проникнуть в клетку-мишень.

Албертс Б., Брей Д., Льюис Дж., Рэфф М., Робертс К. Уотсон Дж. Д. Молекулярная биология клетки: В 3-х т. 2-е изд. перераб. и доп. Т. 2.: Пер. с англ. – М.: Мир, 1993. – 539 с.

обычно удаляются и/или разрушаются за время, измеряемое минутами, а локальные химические медиаторы и нейромедиаторы после выхода в межклеточное пространство инактивируются еще быстрее - за время порядка секунд или даже миллисекунд. В отличие от этого стероидные гормоны циркулируют в крови часами, а тиреоидные могут сохраняться несколько дней. Поэтому водорастворимые сигнальные молекулы обычно вызывают кратковременные реакции, а водонерастворимые - более продолжительный ответ. Здесь, однако, тоже есть исключения из основного правила: простагландины, например, являются гидрофобными локальными медиаторами, но они связываются с поверхностными клеточными рецепторами и вызывают кратковременный ответ.

Дата добавления: 2015-08-31