Участие мембран в передаче межклеточной информации

Важное свойство всех живых существ – способность воспринимать, перерабатывать и передавать информацию при помощи биологических мембран. Несмотря на громадное разнообразие различных систем получения и переработки информации, функционирующих в животных и растительных организмах, все они основаны на едином принципе.

Процесс получения информации, как правило, начинается с взаимодействия сигнала (химического агента, кванта света, механического воздействия и т.п.) с рецептором – мембранным белком.

 

Рис.5.6 - Схема трансмембранной передачи сигнала в клетке. Участие рецепторов в трансмембранной передаче сигнала. Рецепторы: 1 - связанные с ионными каналами, например рецептор ГАМК; 2 - с каталитической активностью (рецептор инсулина); 3 - передающие сигнал на фосфолипазу С, например α₁-адренорецептор; 4 - с каталитической активностью (гуанилатциклаза, рецептор ПНФ); 5 - передающие сигнал на аденилатциклазу, например β-адренорецепторы; 6 - связывающие гормон в цитозоле или ядре, например рецептор кортизола.

 

В ответ на получение сигнала происходит биохимическая модификация специализированных молекул-эффекторов, через которые и формируется ответ биологической системы (рис.5.6). Следующий этап – передача информации в центр переработки с помощью вторичных мессенджеров (посредников).

Именно по такому принципу функционируют нервная, гормональная и иммунная системы животных, на такие же стадии могут быть разложены и фотобиологические процессы, протекающие как в организмах животных, так и в растениях. Общий принцип действия всех систем приема и передачи информации – не только химическая модификация мембранных белков, но и изменение концентрации заряженных ионов внутри и вне клетки, формирование трансмембранного потенциала. В последнее время выяснилось, что этот процесс играет важную физиологическую роль не только в нервной ткани, но и при переработке информации в тромбоцитах, лимфоцитах, тучных клетках.

Первым компонентом в схеме, представленной на рис.5.5, является рецептор. Рецептор, как правило, представляет собой интегральный белок. На поверхности мембраны он имеет своеобразное “приемное устройство”, способное распознавать сигнал и взаимодействовать с ним. При этом сам сигнал, будь это химическое вещество (гормон) или квант света, обычно не проникает внутрь клетки, а преобразуется в результате модификации мембранных белков, которая приводит к активации молекул посредников – вторичных мессенджеров.

В общем виде передача сигнала через мембрану может быть сведена к трем основным стадиям:

1) взаимодействие рецептора с сигналом;

2) конформационная перестройка и изменение функции специализированных мембранных белков-посредников;

3) активация вторичных мессенджеров – сравнительно небольших молекул и ионов, диффузия которых в клетке к определенным субклеточным структурам обеспечивает стремительное распространение сигнала.