Химиялық сигнализацияның үш типі белгілі

Эндокринді және жүйке клеткалары химиялық сиганлизацияға арналған, олар жоғары сатыдағы жануарлардың денесін құрайтын миллиардтаған клеткалар белсенділігінің әр алуан түрлерін бірлесіп үйлестіріп тұрады.

Нерв клеткалары ақпаратты эндокринді клеткаларға қарағанда жылдам жеткізеді, олар сиганлдарды алыс қашықтыққа жеткізу үшін диффузия мен қан ағысына мұқтаж емес, сигнал нерв талшықтары арқылы электрлік импульстер түрінде жылдам өткізіледі. Тек нейромедиаторлар бөлініп шығатын нерв түйіндерінде бұл импульстар химиялық синапстарға айналады. Нейромедиатор нысана-клеткаларды микроскопиялық қысқа қашықтыққа бірнеше миллисекунд ішінде диффузиялық жолмен жекізеді. Қан ағысында гормондар өте қатты сұйылғанда және әдеттен тыс төмен концентрацияда әрекет етуі тиіс болған кезде, нейромедиаторлардың сұйылуы маңызды емес және олардың концентрациясы нысана-клетканың белгілі бөлімдерінде жоғары болуы да мүмкін.

Гипоталамус – эндокринді жүйенің негізгі реттеушісі. Мидың белгілі бөлімінде – гипоталамуста нерв жүйесі және эндокриндік жүйе физикалық және функционалдық жағынан бір-бірімен байланысады. Гипоталамус гипофиздің тура артында орналасқан және онымен гипофиз сабақшасы арқылы байланысқан. Гипоталамус өзінің негізгі қызметін нейрондар мен эндокринді клеткалардың ерекшеліктеріне бірдей ие клеткалар (олардың бір мезетте электрлік импульстерді өткізетін және қанға сигналдық молекулаларды бөліп шығаруға қабілетті өсінділері бар) көмегімен жүзеге асырады. Мұндай клеткаларды нейросекреторлы клеткалар деп атайды. Гипоталамустың нейросекреторлы клеткалары мидың жоғарғы бөлігінің нейрондарының қолдауы нәтижесінде гипофиз сабақшасының қан тамырларына белгілі пептидті гормон бөліп шығарады, ол гипофизбен басқа бір гормонның секрециясын ынталандырады немесе тежейді.

Гипоталамустың бақылауында болатын гипофиздің көпшілік гормондары қандай да бір басқа эндокринді безді ынталандырып (қолдап) қанға үшінші бір гормонның бөлініп шығуына себеп болады. Олай болса, гипоталамус эндокринді жүйенің негізгі реттеушісі болып табылады.

Әртүрлі клеткалар бірдей химиялық сигналдарға әртүрлі жауап қайтарады. Клеткалардың белгілі клеткаішілік сигналдық молекулаларға жауап қайтару қабілеті оларды молекулалармен байланыстыратын белок-рецепторлардың болуымен байланысты. Ересек жануарлардың көпшілік клеткалары қандай да бір қызмет атқаруға маманданған және олар барлық химиялық сигналдарға жауап беруге мүмкіндік беретін, осы қызметті іске асыратын және өңдейтін өзіндік рецепторлар жиынтығына ие.

Көпшілік химиялық сигналдардың нысана-клеткаларға әсер етуі ең ақырында онда жүріп жатқан белок синтезінің жылдамдығының немесе қасиетінің өзеруіне, не болмаса жаңа белоктардың синтезінің басталуыныа әкеледі. Әртүрлі нысана-клеткаларда сигналдық молекулалар жиі-жиі әртүрлі белоктармен жанасып, әртүрлі әсерлер көрсетеді. Ацетихолил қаңқа бұлшықеттері клеткаларының жиырылуын жылдамдатады, бірақ жүрек бұлшықеті клеткаларының жиырылу күші мен жиілігін баяулатады.

Клетканың өмірі физикалық әсерлер (температура, электромагниттік сәулелену) немесе химиялық қосылыстар сияқты сыртқы реттеуші сигналдарға немесе клеткалық сигналдарға тәуелді. Организм клетканың тіршілік әрекетін реттеу үшін қолданатын, жақсы зерттелген заттарға, мысалы, стероидты гармондар, цитокиндер немесе өсу факторлары жатады. Олар нысана-клеткаларға жетісімен гендер тобының дәлдігінің өзгеруімен байланысты зат алмасу өзгерістерін туғызады. Шығу тегі экзогенді болып табылатын феромондер немесе токсиндер біршама күшті және ерекше жауап туғызады. Қоршаған ортадағы, соның ішінде, организмдегі басқа клеткалар келген сигналдарға сәйкес жауап қайтару үшін клетка оларды қабылдап, осы сигналдар арқылы алынған нұсқауларға сәйкес өз жағдайын өзгертуі тиіс.

Алынған сигналдарға байланысты клетка бірнеше міндеттерді орындауы тиіс: 1) сигналды басқа сигналдардан ажырата білу; 2) оны нұқауға сай жеткізу; 3) Қабылданған сигналға сәйкес жауап қайтару; 4)Сигнал клетканы қоршаған ортадан жоғалған соң бірден жауап қайтару жүйесінің жұмысын тоқтату.

Сигналды нұсқауға сай жеткізу қиындықтарға байланысты. Келген сигнал әлсіз болса оны клетка ішіндегі клеткаішілік қабылдағыштар қабылдауы үшін клтка оны күшейтуі тиіс. Клетка бұл мәселені сигналды күшейтудің каскадты (сарқылмайтын) механизмі арқылы шешеді. Сигналды молекулалар арқылы тасымалданатын сигналдарға жауап ретінде клеткада жүретін биохимиялық реакциялардың каскадтарына қатысты бірінші реттік болып табылады.

Сигналдың тасымалдануы бұл нәтижесінде рецепторлардың клеткаішілік домендердегі жағдайының өзгеруімен аяқталатын, рецепторлардың белсенділігін туғызатын клетка сыртындағы лигандалардың (сигналды клеткалар) клетка бетіндегі рецепторлармен әрекетін іске қосатын реакциялар тізбегі. Рецептордың белсендірілуі нәтижесінде клетка сыртқы сигналдарға үйлесімді жауап қайтарады.

Клетка бірінші реттік сигналдарды бірінші реттік сигналды молекулалармен немесе физикалық факторлармен әрекеттесетін белок тәріздес арнайы маманданған моллекула-рецепторлардың көмегімен тани алады. Бірінші реттік сигнал негізінде өзі реттеуі тиіс болған клеткадағы зат алмасу процестеріне бірден әсер етпейді. Оны қабылдаған рецептор клеткада клетка сыртындағы бірінші реттік сигналдар әсер етуі тиіс болған процестерді жүргізетін аралық химиялық қосылыстардың түзілуіне бастама береді.

Мұндай аралық қосылыстар өздерінде бірінші реттік реттеуші сигналдар туралы ақпарат сақтап, олардың екінші тасымалдаушысы болып табылады, сондықтан оларды екінші мессенджерлер деп атайды. Екінші реттік мессенджерлер клетка сыртындағы молекулалардан келген бірінші реттік реттеуші сигналдарды күшейтуге мүмкіндік береді. Клеткалар мен ұлпалар топтары бірінші реттік реттеуші сигналдарға, мысалы, эндокринді бездердің гормондары әсеріне бір уақытта және біртектес жауап қайтару қабілетіне ие. Бұл көпклеткалы организмдердің ішкі және сыртқы өзгермелі жағдайларға тез бейімделуіне мүмкіндік береді

Сигналдардың берілуі мен күшейтілуі механизмін зерттеу маңызды міндеттердің бірі болып табылады. Бұларды білу қалыпты жағдайда клетканың функционалды жауабының қалыптасуы, патологиялық жағдайларда реттелуі мен түзелуі механизмдерін түсінуге мүмкіндік береді.

Қазіргі уақытта 50-ге жуық белок-лигандалар, рецепторлардың 14 тұқымдасы белгілі.

Клетка бетіндегі сигналдың клетка ішіне берілуінің бірнеше стандартты жолы бар, бірақ бұл мәселе әлі нақты түсініктен алысырақ және үнемі сигнализацияның жаңа нұсқалары туындап отырады. Мысалы, сигнал берілуінің классикалық жинақталған жолы мына әрекеттер тізбегімен аяқталады: сигналды молекула-клетка бетіндегі рецептор-клеткаішілік күшейткіш механизм-берілген сигналға арнайы маманданған геннің қосылуы.

Кейбір сыртқы факторлардың клетка бетіндегі рецепторлармен әрекеттесуінен басталатын көп сатылы сигнал берілу процесінің мүмкін болған екі қарапайым сызбасы мына суретте көрсетілген. Мұндай сыртқы факторлар қандай да бір гормон немесе өсу факторы болуы мүмкін.

Бірінші реттік реттегіш сигнал келтка ядросына жетіп ондағы нысана-клеткааның экспрессиясына (айқындылығына) әсер ету үшін, ол екі қабатты клетка мембранасы арқылы өтуі тиіс. Бұл қоршаған ортадағы сигналдарды ерекше таңдап, олардың жағдайын танитын клетка бетіндегі табиғаты белок тектерецепторлардың арқасында жүзеге асады. Төменгі молекулалы реттегіштер мембрана липдінде еритін, гидрофобты химиялық қосылыстар (мысалы, стероидты гормондар) болса, олардың өткізілуі үшін рецепторлар қолданылмайды, олар клеткаға диффузия жолымен өтеді. Клетка ішінде бұндай қосылыстар белок тектес рецепторлармен ерекше әрекеттесіп, түзілген комплек ядроға көшіріледі.

Клетка бетіндегі сигнал оның ядросына көптеген молекулалардың қатысуымен беріледі. Осы сигналды тізбектің бір компонентінің бұзылуының өзі клетканың оны қоршаған ортадағы сигналдарға реакциясының бұзылуына әкеліп соғады. Мысалы, өсу факторларын артық өндіруге себепші болатын мутациялар. Мұндай мутация алған клетка өзінің өсуін, сонымен қатар басқада қоршаған клеткалардың өсуін жылдамдатуы мүмкін. Өсудің жылдамдауы өсу факторлары рецепторларындағы мутация себебінен жұзеге асуы да мүмкін. Мұндай жағдайда мутантты рецептор клетка ішіне өсу факторлары жоқ, өсуді жылдамдатушы сигналдарды өткізе бастайды. Клетка организмнің талаптарына байланыссыз жөнсіз бөліне бастайды.