Բջջային ազդանշան

Կենսաբանության մեջ բջջային ազդանշանը (բջջային ազդանշանը բրիտանական անգլերենում) կամ բջջային կապը բջջի կարողությունն է՝ ստանալ, մշակել և փոխանցել ազդանշաններ իր միջավայրով և ինքն իրենով։  Այն յուրաքանչյուր կենդանի օրգանիզմի բոլոր բջիջների հիմնական հատկությունն է, ինչպիսիք են բակտերիաները, բույսերը և կենդանիները։ Ազդանշանները, որոնք ծագում են բջջի դրսից (կամ արտաբջջային ազդանշանները) կարող են լինել ֆիզիկական ագենտներ, ինչպիսիք են մեխանիկական ճնշումը, լարումը, ջերմաստիճանը, լույսը կամ քիմիական ազդանշանները (օրինակ՝ փոքր մոլեկուլները, պեպտիդները կամ գազը)։ Քիմիական ազդանշանները կարող են լինել հիդրոֆոբ կամ հիդրոֆիլ։ Բջջային ազդանշանը կարող է տեղի ունենալ կարճ կամ մեծ հեռավորությունների վրա, և արդյունքում կարող է դասակարգվել որպես աուտոկրին, ջաստակրին, ինտրակրին, պարակրին կամ էնդոկրին։ Ազդանշանային մոլեկուլները կարող են սինթեզվել տարբեր կենսասինթետիկ ուղիներից և արտազատվել պասիվ կամ ակտիվ փոխադրումների միջոցով կամ նույնիսկ բջիջների վնասումից։

Ընկալիչները առանցքային դեր են խաղում բջջային ազդանշանների մեջ, քանի որ նրանք ի վիճակի են հայտնաբերել քիմիական ազդանշաններ կամ ֆիզիկական խթաններ։ Ընդհանրապես ընկալիչները սպիտակուցներ են, որոնք տեղակայված են բջջի մակերեսին կամ բջջի ներսում, ինչպիսիք են ցիտոպլազման, օրգանելները և կորիզը։ Բջջային մակերևույթի ընկալիչները սովորաբար կապվում են արտաբջջային ազդանշանների (կամ լիգանդների) հետ, ինչը հանգեցնում է ընկալիչի կոնֆորմացիոն փոփոխության, որը հանգեցնում է նրան՝ սկսելու ֆերմենտային ակտիվություն կամ բացել կամ փակել իոնային անցուղիների ակտիվությունը։ Որոշ ընկալիչներ չեն պարունակում ֆերմենտային կամ անցուղիների նման տիրույթներ, փոխարենը կապված են ֆերմենտների կամ փոխադրողների հետ։ Այլ ընկալիչները, ինչպիսիք են միջուկային ընկալիչները, ունեն տարբեր մեխանիզմներ, ինչպիսիք են ԴՆԹ-ի կապող հատկությունների փոփոխությունը և բջջային տեղայնացումը կորիզի նկատմամբ։

Ազդանշանի փոխակերպումը սկսվում է ազդանշանի փոխակերպմամբ քիմիականի, որը կարող է ուղղակիորեն ակտիվացնել իոնային անցուղին ( ligand-gated ion channel) կամ սկսել երկրորդ  ազդանշանային համակարգի կասկադը, որը ազդանշանը տարածում է բջջի միջով։ Երկրորդ ազդանշանային համակարգերը կարող են ուժեղացնել ազդանշանը, որի դեպքում մի քանի ընկալիչների ակտիվացումը հանգեցնում է մի քանի երկրորդական ազդանշանների ակտիվացմանը, դրանով իսկ ուժեղացնելով նախնական ազդանշանը։ Այս  ներքևի ազդանշանային ուղիների հետևանքները կարող են ներառել լրացուցիչ ֆերմենտային գործողություններ, ինչպիսիք են պրոտեոլիտիկ ճեղքումը, ֆոսֆորիլացումը, մեթիլացումը և ուբիկվիտինիլացումը։

Յուրաքանչյուր բջիջ ծրագրված է արձագանքելու հատուկ արտաբջջային ազդանշանային մոլեկուլներին։ և հանդիսանում է զարգացման, հյուսվածքների վերականգնման, իմունիտետի և հոմեոստազի հիմքը։ Ազդանշանային փոխազդեցության սխալները կարող են առաջացնել այնպիսի հիվանդություններ, ինչպիսիք են քաղցկեղը, աուտոիմունիտետը և շաքարախտը։

Տաքսոնոմիական միջակայք 

Շատ փոքր օրգանիզմներում, ինչպիսիք են բակտերիաները, քվորումի զգայությունը անհատներին հնարավորություն է տալիս սկսել գործունեություն միայն այն դեպքում, երբ պոպուլյացիան բավականաչափ մեծ է։ Բջիջների միջև այս ազդանշանն առաջին անգամ նկատվել է ծովային Aliivibrio fischeri մանրէի մոտ, որը լույս է արտադրում, երբ պոպուլացիան բավականաչափ խիտ է։ Մեխանիզմը ներառում է ազդանշանային մոլեկուլի արտադրություն և հայտնաբերում  ի պատասխան գեների տրանսկրիպցիայի կարգավորում։ Քվորումի զգայությունը գործում է ինչպես գրամ դրական, այնպես էլ գրամ-բացասական բակտերիաներում, ինչպես նաև տեսակների ներսում և դրանց միջև։

Լորձի կաղապարներում առանձին բջիջները, որոնք հայտնի են որպես ամեոբա, միավորվում են՝ առաջացնելով պտղաբեր մարմիններ և ի վերջո սպորներ՝ քիմիական ազդանշանի ազդեցության տակ, որն ի սկզբանե կոչվում էր ակրասին։ Անհատները շարժվում են քիմոտաքսիսով, այսինքն՝ գրավվում են քիմիական գրադիենտով։ Որոշ տեսակներ որպես ազդանշան օգտագործում են ցիկլային AMP; Մյուսները, ինչպիսիք են Polysphondylium violaceum-ը, օգտագործում են այլ մոլեկուլներ, իր դեպքում՝ N-propionyl-gamma-L-glutamyl-L-ornithine-delta-lactam glorin մականունով էթիլ էսթեր։

Բույսերի և կենդանիների մեջ բջիջների միջև ազդանշանը տեղի է ունենում կա՛մ արտաբջջային տարածություն արձակելու միջոցով՝ բաժանված պարակրին ազդանշանների (կարճ հեռավորությունների վրա) և էնդոկրին ազդանշանների (երկար հեռավորությունների վրա) կամ ուղղակի շփման միջոցով, որը հայտնի է որպես juxtacrine ազդանշան (օրինակ՝ խզային ազդանշան)։ Աուտոկրին ազդանշանային ազդանշանը պարակրին ազդանշանի հատուկ դեպք է, երբ արտազատող բջիջն ունի արտազատվող ազդանշանային մոլեկուլին արձագանքելու ունակություն։ Սինապտիկ ազդանշանը պարակրին ազդանշանի (քիմիական սինապսների համար) կամ  juxtacrine ազդանշանի (էլեկտրական սինապսների համար) հատուկ դեպք է նեյրոնների և թիրախային բջիջների միջև։

Արտաբջջային ազդանշան

Սինթեզ և արտազատում

Բջջային շատ ազդանշաններ կրում են մոլեկուլներ, որոնք ազատվում են մեկ բջիջից և շարժվում են մեկ այլ բջիջի հետ կապ հաստատելու համար։ Ազդանշանային մոլեկուլները կարող են պատկանել մի քանի քիմիական դասերի՝ լիպիդներ, ֆոսֆոլիպիդներ, ամինաթթուներ, մոնոամիններ, սպիտակուցներ, գլիկոպրոտեիններ կամ գազեր։ Մակերևութային ընկալիչները կապող ազդանշանային մոլեկուլները հիմնականում մեծ են և հիդրոֆիլ (օրինակ՝ TRH, վազոպրեսին, ացետիլխոլին), մինչդեռ բջիջ մտնողներն ընդհանուր առմամբ փոքր են և հիդրոֆոբ (օրինակ՝ գլյուկոկորտիկոիդներ, վահանաձև գեղձի հորմոններ, խոլեկալցիֆերոլ, ռետինոաթթու), բայց երկուսից կարևոր բացառությունները բազմաթիվ են, և միևնույն մոլեկուլը կարող է գործել ինչպես մակերևութային ընկալիչների միջոցով, այնպես էլ ինտրակրին եղանակով տարբեր ազդեցությունների համար։ Կենդանական բջիջներում մասնագիտացված բջիջներն ազատում են այս հորմոնները և դրանք շրջանառության համակարգի միջոցով ուղարկում մարմնի այլ մասեր։ Այնուհետև նրանք հասնում են թիրախային բջիջներին, որոնք կարող են ճանաչել և արձագանքել հորմոններին և արդյունք տալ։ Սա նաև հայտնի է որպես էնդոկրին ազդանշան։ Բույսերի աճի կարգավորիչները կամ բուսական հորմոնները շարժվում են բջիջներով կամ ցրվելով օդում որպես գազ՝ հասնում իրենց թիրախներին։ Ջրածնի սուլֆիդը փոքր քանակությամբ արտադրվում է մարդու մարմնի որոշ բջիջների կողմից և կատարում է մի շարք կենսաբանական ազդանշանային գործառույթներ։ Ներկայումս հայտնի է միայն երկու այլ նման գազեր, որոնք գործում են որպես ազդանշանային մոլեկուլներ մարդու մարմնում՝ ազոտի օքսիդ և ածխածնի մոնօքսիդ։

Էկզոցիտոզ

Էկզոցիտոզն այն գործընթացն է, որով բջիջը բջիջից դուրս է տեղափոխում այնպիսի մոլեկուլներ, ինչպիսիք են նյարդային հաղորդիչները և սպիտակուցները։ Որպես ակտիվ փոխադրման մեխանիզմ՝ էկզոցիտոզը պահանջում է էներգիայի օգտագործում նյութի տեղափոխման համար։ Էկզոցիտոզը և դրա նմանակը՝ էնդոցիտոզը, օգտագործվում են բոլոր բջիջների կողմից, քանի որ նրանց համար կարևոր քիմիական նյութերի մեծ մասը մեծ բևեռային մոլեկուլներ են, որոնք չեն կարող պասիվ միջոցներով անցնել բջջային թաղանթի հիդրոֆոբ հատվածով։ Էկզոցիտոզը մեծ քանակությամբ մոլեկուլների արտազատման գործընթաց է՝ հետևաբար դա զանգվածային տրանսպորտի ձև է։ Էկզոցիտոզը տեղի է ունենում պլազմային մեմբրանի սեկրետորային պորտալների միջոցով, որոնք կոչվում են պորոսոմներ։ Պորոսոմները բջջի պլազմային թաղանթում գավաթաձև լիպոպրոտեինների մշտական կառուցվածքներ են, որտեղ սեկրետորային վեզիկուլները անցողիկորեն ամրանում և միաձուլվում են՝ բջջից ինրտրավեզիկուլյար պարունակությունը արտազատելու համար։

Էկզոցիտոզում թաղանթով կապված սեկրետորային վեզիկուլները տեղափոխվում են բջջային թաղանթ, որտեղ դրանք ամրացվում և միաձուլվում են ծակոտկենների վրա, և դրանց պարունակությունը (այսինքն՝ ջրում լուծվող մոլեկուլները) արտազատվում են արտաբջջային միջավայր։ Այս արտազատումը հնարավոր է, քանի որ վեզիկուլը ժամանակավոր միաձուլվում է պլազմային թաղանթի հետ։ Նեյրոհաղորդման համատեքստում նեյրոհաղորդիչները սովորաբար ազատվում են սինապտիկ վեզիկուլներից դեպի սինապտիկ ճեղք՝ էկզոցիտոզի միջոցով; սակայն, նեյրոհաղորդիչները կարող են նաև ազատվել հակադարձ փոխադրման միջոցով՝ մեմբրանի փոխադրող սպիտակուցների միջոցով։

Ձևեր

Աուտոկրին

Աուտոկրին ազդանշանը ներառում է բջիջը, որը արտազատում է հորմոն կամ քիմիական ազդակ (կոչվում է աուտոկրին ագենտ), որը կապվում է նույն բջջի վրա գտնվող աուտոկրին ընկալիչների հետ, ինչը հանգեցնում է բջջի փոփոխությունների։ Սա կարող է հակադրվել պարակրին ազդանշանի, ինտրակրին ազդանշանի կամ սովորական էնդոկրին ազդանշանի հետ։

Պարակրին
Պարակրին ազդանշանում բջիջը ազդանշան է արտադրում մոտակա բջիջներում փոփոխություններ առաջացնելու համար՝ փոխելով այդ բջիջների վարքը։ Ազդանշանային մոլեկուլները, որոնք հայտնի են որպես պարակրին գործոններ, ցրվում են համեմատաբար կարճ տարածության վրա (տեղական գործողություն), ի տարբերություն էնդոկրին գործոնների բջջային ազդանշանների, հորմոնների, որոնք զգալիորեն ավելի երկար տարածություններ են անցնում շրջանառության համակարգով՝ juxtacrine փոխազդեցություններ; և ավտոկրին ազդանշան։ Բջիջները, որոնք արտադրում են պարակրին գործոններ, դրանք արտազատում են անմիջական արտաբջջային միջավայր։ Այնուհետև գործոնները շարժվում են դեպի մոտակա բջիջներ, որոնցում ստացված գործոնի գրադիենտը որոշում է արդյունքը։ Այնուամենայնիվ, ճշգրիտ հեռավորությունը, որը կարող են անցնել պարակրին գործոնները, հստակ չէ։

Պարակրին ազդանշանները, ինչպիսիք են ռետինոաթթունը, ուղղված են միայն արտանետվող բջիջի մոտ գտնվող բջիջներին։

Որոշ ազդանշանային մոլեկուլներ կարող են գործել և որպես հորմոն, և որպես նյարդային հաղորդիչ։ Օրինակ, էպինեֆրինը և նորէպինեֆրինը կարող են գործել որպես հորմոններ, երբ ազատվում են մակերիկամից և արյան հոսքի միջոցով տեղափոխվում են սիրտ։ Նորէպինեֆրինը կարող է արտադրվել նաև նեյրոնների կողմից, որպեսզի գործի որպես նյարդային հաղորդիչ ուղեղի ներսում։ Էստրոգենը կարող է ազատվել ձվարանից և գործել որպես հորմոն կամ գործել տեղային՝ պարակրին կամ աուտոկրին ազդանշանների միջոցով։

Թեև պարակրինային ազդանշանը առաջացնում է արձագանքների մի շարք ինդուկտիվ բջիջներում, պարակրին գործոններից շատերն օգտագործում են ընկալիչների և ուղիների համեմատաբար պարզեցված շարք։ Իրականում, մարմնի տարբեր օրգանները, նույնիսկ տարբեր տեսակների միջև, հայտնի են, որ օգտագործում են պարակրինային գործոնների նմանատիպ մի շարք դիֆերենցիալ զարգացման մեջ։ Խիստ պահպանված ընկալիչները և ուղիները կարող են կազմակերպվել չորս հիմնական ընտանիքների՝ հիմնված նմանատիպ կառուցվածքների վրա՝ ֆիբրոբլաստների աճի գործոնի (FGF) ընտանիք, Ոզնիների ընտանիք, Wnt ընտանիք և TGF-β գերընտանիք։ Պարակրին գործոնի միացումը իր համապատասխան ընկալիչին առաջացնում է ազդանշանի փոխակերպման կասկադներ՝ առաջացնելով տարբեր արձագանքներ։

Էնդոկրին
Էնդոկրին ազդանշանները կոչվում են հորմոններ։ Հորմոնները արտադրվում են էնդոկրին բջիջների կողմից, և դրանք անցնում են արյան միջով՝ հասնելով մարմնի բոլոր մասերին։ Ազդանշանների առանձնահատկությունը կարող է վերահսկվել, եթե միայն որոշ բջիջներ կարողանան արձագանքել որոշակի հորմոնին։ Էնդոկրին ազդանշանը ներառում է հորմոնների արտազատումը օրգանիզմի ներքին գեղձերի կողմից անմիջապես շրջանառության համակարգ՝ կարգավորելով հեռավոր թիրախային օրգանները։ Ողնաշարավորների մոտ հիպոթալամուսը բոլոր էնդոկրին համակարգերի նյարդային հսկողության կենտրոնն է։ Մարդկանց մեջ հիմնական էնդոկրին գեղձերն են վահանաձև գեղձը և մակերիկամները։ Էնդոկրին համակարգի և դրա խանգարումների ուսումնասիրությունը հայտնի է որպես էնդոկրինոլոգիա։

Juxtacrine

Juxtacrine ազդանշանը բազմաբջիջ օրգանիզմներում բջիջ-բջիջ կամ բջիջ-արտաբջջային մատրիցային ազդանշանի տեսակ է, որը պահանջում է սերտ շփում։ Կան երեք տեսակ՝

 Թաղանթային լիգանդը (սպիտակուց, օլիգոսաքարիդ, լիպիդ) և երկու հարակից բջիջների թաղանթային սպիտակուցը փոխազդում են։
 Հաղորդակցվող հանգույցը կապում է երկու հարակից բջիջների ներբջջային բաժանմունքները՝ թույլ տալով համեմատաբար փոքր մոլեկուլների տարանցում։
 Արտաբջջային մատրիցային գլիկոպրոտեինը և թաղանթային սպիտակուցը փոխազդում են։

Բացի այդ, միաբջիջ օրգանիզմներում, ինչպիսիք են բակտերիաները, juxtacrine ազդանշանը նշանակում է փոխազդեցություն թաղանթային շփման միջոցով։ Juxtacrine ազդանշանը նկատվել է աճի որոշ գործոնների, ցիտոկինի և քիմոկինի բջջային ազդանշանների համար, որոնք կարևոր դեր են խաղում իմունային պատասխանում։

Ընկալիչներ

Բջիջները տեղեկատվություն են ստանում իրենց հարևան սպիտակուցների դասի միջոցով, որոնք հայտնի են որպես ընկալիչներ։ Ընկալիչները կարող են կապվել որոշ մոլեկուլների (լիգանդների) հետ կամ կարող են փոխազդել ֆիզիկական ագենտների հետ, ինչպիսիք են լույսը, մեխանիկական ջերմաստիճանը, ճնշումը և այլն։ Ընկալումը տեղի է ունենում, երբ թիրախային բջիջը (ազդանշանի մոլեկուլին հատուկ ընկալիչի սպիտակուց ունեցող ցանկացած բջիջ) ազդանշան է հայտնաբերում, սովորաբար փոքր, ջրում լուծվող մոլեկուլի ձև՝ բջջային մակերեսի ընկալիչ սպիտակուցին միանալու միջոցով, կամ բջջի ներսում հայտնվելով, ազդանշանային մոլեկուլը կարող է կապվել ներբջջային ընկալիչների, այլ տարրերի հետ կամ խթանել ֆերմենտի ակտիվությունը (օրինակ՝ գազեր), ինչպես ինտեկրին ազդանշանում։

Ազդանշանային մոլեկուլները փոխազդում են թիրախ բջիջի հետ՝ որպես բջջային մակերեսի ընկալիչների լիգանդ, և/կամ բջիջ մտնելով նրա թաղանթով կամ էնդոցիտոզով՝ ներկրինային ազդանշանի համար։ Սա ընդհանուր առմամբ հանգեցնում է երկրորդ սուրհանդակների ակտիվացմանը, ինչը հանգեցնում է տարբեր ֆիզիոլոգիական ազդեցությունների։ Շատ կաթնասունների մոտ վաղ սաղմի բջիջները ազդանշաններ են փոխանակում արգանդի բջիջների հետ։ Մարդու աղեստամոքսային տրակտում բակտերիաները ազդանշաններ են փոխանակում միմյանց և մարդու էպիթելի, իմունային համակարգի բջիջների հետ։ Saccharomyces cerevisiae խմորիչի համար զուգավորման ժամանակ որոշ բջիջներ իրենց միջավայր են ուղարկում պեպտիդային ազդանշան (զուգավորման գործոնի ֆերոմոններ)։ Զուգավորման գործոն պեպտիդը կարող է կապվել այլ խմորիչ բջիջների վրա գտնվող բջջային մակերեսի ընկալիչի հետ և դրդել նրանց պատրաստվել զուգավորմանը։

Բջջային մակերեսի ընկալիչներ 
Բջջային մակերեսի ընկալիչները կարևոր դեր են խաղում միաբջիջ և բազմաբջջային օրգանիզմների կենսաբանական համակարգերում, և այդ սպիտակուցների անսարքությունը կամ վնասումը կապված է քաղցկեղի, սրտի հիվանդության և ասթմայի հետ։

Իոնային անցուղիներով կապված ընկալիչներ 

Իոնային ալիքով կապակցված ընկալիչները տրանսմեմբրանային իոնային անցուղիների սպիտակուցների խումբ են, որոնք բացվում են՝ թույլ տալու իոններին, ինչպիսիք են Na+, K+, Ca2+ և/կամ Cl−-ն անցնել մեմբրանի միջով՝ ի պատասխան քիմիական ազդակի (այսինքն՝ լիգանդի) միացմանը։, ինչպիսին է նեյրոհաղորդիչը։

Երբ նախասինապտիկ նեյրոնը գրգռված է, այն նեյրոհաղորդիչ է ազատում վեզիկուլներից դեպի սինապտիկ ճեղքվածք։ Այնուհետև նեյրոհաղորդիչը կապվում է հետսինապտիկ նեյրոնի վրա տեղակայված ընկալիչների հետ։ Եթե այս ընկալիչները իոնային կապուղիներ են, որի հետևանքով կոնֆորմացիոն փոփոխությունը բացում է իոնային ուղիները, ինչը հանգեցնում է իոնների հոսքի բջջային թաղանթով։ Սա, իր հերթին, հանգեցնում է կա՛մ ապաբևեռացման՝ գրգռիչ ընկալիչների արձագանքի համար, կա՛մ հիպերբևեռացման՝ արգելակող պատասխանի համար։

Այս ընկալիչի սպիտակուցները սովորաբար կազմված են առնվազն երկու տարբեր տիրույթներից՝ տրանսմեմբրանային տիրույթ, որը ներառում է իոնային ծակոտիները, և արտաբջջային տիրույթ, որը ներառում է լիգանդի միացման վայրը (ալոստերիկ կապող տեղ)։ Այս մոդուլյարությունը թույլ է տվել «բաժանիր և նվաճիր» մոտեցումը սպիտակուցների կառուցվածքը գտնելու համար (յուրաքանչյուր տիրույթը առանձին բյուրեղացնելով)։ Նման ընկալիչների գործառույթը, որոնք տեղակայված են սինապսներում, կայանում է նրանում, որ պրեսինապտիկ կերպով ազատված նեյրոհաղորդիչի քիմիական ազդանշանը ուղղակիորեն և շատ արագ վերածվի հետսինապտիկ էլեկտրական ազդանշանի։ Շատ LIC-ներ լրացուցիչ մոդուլացվում են ալոստերիկ լիգանդների, ալիքների արգելափակումների, իոնների կամ թաղանթային պոտենցիալի միջոցով։ LIC-ները դասակարգվում են երեք գերընտանիքների, որոնք չունեն էվոլյուցիոն հարաբերություններ՝ cys-loop ընկալիչներ, ionotropic glutamate ընկալիչներ և ATP-gated անցուղիներ։

G սպիտակուցի հետ կապված ընկալիչներ 

G սպիտակուցով զուգակցված ընկալիչները էվոլյուցիայի հետ կապված սպիտակուցների մեծ խումբ են, որոնք բջջային մակերեսի ընկալիչներ են, որոնք հայտնաբերում են մոլեկուլները բջջից դուրս և ակտիվացնում են բջջային պատասխանները։ Համակցվելով G սպիտակուցների հետ՝ դրանք կոչվում են յոթ տրանսմեմբրանային ընկալիչներ, քանի որ նրանք յոթ անգամ անցնում են բջջային թաղանթով։ Լիգանդները կարող են կապվել կա՛մ արտաբջջային N-վերջին և օղակներին (օրինակ՝ գլյուտամատային ընկալիչները), կա՛մ տրանսմեմբրանային խխունջների մեջ միացման վայրին (Rhodopsin-like ընտանիք)։ Նրանք բոլորն ակտիվանում են ագոնիստների կողմից, չնայած կարող է դիտվել նաև դատարկ ընկալիչի ինքնաակտիվացում։

G սպիտակուցի հետ կապված ընկալիչները հայտնաբերված են միայն էուկարիոտներում, ներառյալ խմորիչները, խոանոֆլագելատները։ և կենդանիները։ Լիգանդները, որոնք կապում և ակտիվացնում են այս ընկալիչները, ներառում են լուսազգայուն միացություններ, հոտեր, ֆերոմոններ, հորմոններ և նեյրոհաղորդիչներ և տարբեր չափերով՝ փոքր մոլեկուլներից մինչև պեպտիդներ և մեծ սպիտակուցներ։ G սպիտակուցի հետ կապված ընկալիչները ներգրավված են բազմաթիվ հիվանդությունների մեջ։

Գոյություն ունեն ազդանշանի փոխակերպման երկու հիմնական ուղիներ, որոնք ներառում են G սպիտակուցով զուգակցված ընկալիչները՝ cAMP ազդանշանի ուղին և ֆոսֆատիդիլինոզիտոլի ազդանշանի ուղին։ Երբ լիգանդը կապվում է GPCR-ին, այն առաջացնում է GPCR-ի կոնֆորմացիոն փոփոխություն, որը թույլ է տալիս նրան գործել որպես գուանինի նուկլեոտիդային փոխանակման գործոն (GEF)։ Այնուհետև GPCR-ն կարող է ակտիվացնել կապակցված G սպիտակուցը` GTP-ի հետ կապված ՀՆԱ-ն GTP-ով փոխանակելով։ G սպիտակուցի α ենթամիավորը, կապված GTP-ի հետ, կարող է այնուհետև անջատվել β և γ ենթամիավորներից՝ հետագայում ազդելու ներբջջային ազդանշանային սպիտակուցների կամ թիրախային ֆունկցիոնալ սպիտակուցների վրա՝ ուղղակիորեն կախված α ենթամիավորի տեսակից(Gαs, Gαi/o, Gαq/11, Gα12/13).։

G սպիտակուցով զուգակցված ընկալիչները դեղերի կարևոր թիրախ են, և Սննդի և Դեղերի Ադմինիստրացիայի (FDA) հաստատված դեղերի մոտավորապես 34%-ը։ ուղղված է այս ընտանիքի 108 անդամներին։ Այս դեղերի համաշխարհային վաճառքի ծավալը գնահատվում է 180 միլիարդ ԱՄՆ դոլար 2018թ.-ի դրությամբ։ Ենթադրվում է, որ GPCR-ները թիրախ են ներկայումս շուկայում առկա դեղերի մոտ 50%-ի համար, հիմնականում՝ կապված բազմաթիվ հիվանդությունների հետ կապված ազդանշանային ուղիներում, այսինքն մտավոր, մետաբոլիկ, ներառյալ էնդոկրինոլոգիական խանգարումներ, իմունաբանական, այդ թվում՝ վիրուսային վարակներ, սրտանոթային, բորբոքային, զգայական խանգարումներ և քաղցկեղ։ Վաղուց հայտնաբերված կապը GPCR-ների և բազմաթիվ էնդոգեն և էկզոգեն նյութերի միջև, որի արդյունքում, օրինակ ցավազրկումը դեղագործական հետազոտությունների մեկ այլ դինամիկ զարգացող ոլորտ է։

Ֆերմենտների հետ կապված ընկալիչներ 

Ֆերմենտների հետ կապված ընկալիչները (կամ կատալիտիկ ընկալիչները) տրանսմեմբրանային ընկալիչներ են, որոնք արտաբջջային լիգանդի կողմից ակտիվանալուց հետո ներբջջային կողմում առաջացնում են ֆերմենտային ակտիվություն։ Հետևաբար, կատալիտիկ ընկալիչը ինտեգրալ թաղանթային սպիտակուց է, որն ունի ինչպես ֆերմենտային, այնպես էլ կատալիտիկ և ընկալիչ գործառույթներ։

Նրանք ունեն երկու կարևոր տիրույթ՝ արտաբջջային լիգանդ կապող տիրույթ և ներբջջային տիրույթ, որն ունի կատալիտիկ ֆունկցիա և մեկ տրանսմեմբրանային պարույր։ Ազդանշանային մոլեկուլը կապվում է բջջի արտաքին մասում գտնվող ընկալիչին և առաջացնում է կոնֆորմացիոն փոփոխություն բջջի ներսում գտնվող ընկալիչի վրա տեղակայված կատալիտիկ ֆունկցիայի վրա։ Ֆերմենտային գործունեության օրինակները ներառում են՝
 Ընկալիչ թիրոզինկինազը, որպես ֆիբրոբլաստների աճի գործոնի ընկալիչ։ Ֆերմենտների հետ կապված ընկալիչների մեծ մասը այս տեսակին է պատկանում։
 Սերին/թրեոնին հատուկ պրոտեին կինազ, ինչպես ոսկրային մորֆոգենետիկ սպիտակուցում
 Guanylate cyclase, ինչպես նախասրտերի նատրիուրետիկ գործոնի ընկալիչ

Ներբջջային ընկալիչներ

Ստերոիդ հորմոնային ընկալիչ 
Ստերոիդ հորմոնային ընկալիչները հայտնաբերվում են միջուկում, ցիտոզոլում, ինչպես նաև թիրախային բջիջների պլազմային թաղանթում։ Դրանք, ընդհանուր առմամբ, ներբջջային ընկալիչներ են (սովորաբար ցիտոպլազմային կամ միջուկային) և սկսում են ազդանշանի փոխակերպում ստերոիդ հորմոնների համար, ինչը հանգեցնում է գեների արտահայտման փոփոխության մի քանի ժամից մինչև օրերի ընթացքում։ Լավագույն ուսումնասիրված ստերոիդ հորմոնային ընկալիչները միջուկային ընկալիչների 3 (NR3)։ ենթաընտանիքի անդամներն են, որոնք ներառում են էստրոգենի (խումբ NR3A) և 3-կետոստերոիդների (NR3C խումբ) ընկալիչները։ Բացի միջուկային ընկալիչներից, մի քանի G սպիտակուցով զուգակցված ընկալիչներ և իոնային անցուղիներ գործում են որպես ստերոիդ հորմոնների բջջային մակերեսի ընկալիչներ։

Ազդանշանի փոխանցման ուղիները 

Երբ կապվում է ազդանշանային մոլեկուլին, ընկալիչի սպիտակուցը ինչ-որ կերպ փոխվում է և սկսում է փոխակերպման գործընթացը, որը կարող է տեղի ունենալ մեկ քայլով կամ տարբեր մոլեկուլների հաջորդականության փոփոխությունների շարքով (կոչվում է ազդանշանի փոխանցման ուղի)։ Այս ուղիները կազմող մոլեկուլները հայտնի են որպես փոխանցող մոլեկուլներ։ Փոխակերպման փուլի բազմաստիճան գործընթացը հաճախ բաղկացած է սպիտակուցների ակտիվացումից՝ ֆոսֆատ խմբերի ավելացման կամ հեռացման միջոցով կամ նույնիսկ այլ փոքր մոլեկուլների կամ իոնների արտազատումից, որոնք կարող են հանդես գալ որպես մեսենջերներ։ Ազդանշանի ուժեղացումը այս բազմակի քայլերի հաջորդականության առավելություններից մեկն է։ Այլ առավելությունները ներառում են կարգավորման ավելի շատ հնարավորություններ, քան դա անում են ավելի պարզ համակարգերը, և արձագանքի ճշգրտումը ինչպես միաբջիջ, այնպես էլ բազմաբջիջ օրգանիզմներում։

Որոշ դեպքերում, ռեցեպտորների ակտիվացումը, որն առաջանում է ընկալիչին լիգանդի միացման հետևանքով, ուղղակիորեն զուգակցվում է լիգանդի նկատմամբ բջջի արձագանքին։ Օրինակ, GABA նեյրոհաղորդիչը կարող է ակտիվացնել բջջային մակերեսի ընկալիչը, որը իոնային անցուղու մի մասն է։ GABA-ն, որը կապվում է նեյրոնի վրա գտնվող GABAA ընկալիչին, բացում է քլորիդ-ընտրովի իոնային անցուղին, որը հանդիսանում է ընկալիչի մի մասը։ GABAA ընկալիչի ակտիվացումը թույլ է տալիս բացասական լիցքավորված քլորիդ իոններին տեղափոխել նեյրոն, ինչը խանգարում է նեյրոնի՝ գործողության պոտենցիալ արտադրելու կարողությանը։ Այնուամենայնիվ, շատ բջջային մակերեսի ընկալիչների համար լիգանդ-ընկալիչ փոխազդեցությունները ուղղակիորեն կապված չեն բջջի արձագանքի հետ։ Ակտիվացված ընկալիչը նախ պետք է փոխազդի բջջի ներսում գտնվող այլ սպիտակուցների հետ, նախքան լիգանդի վերջնական ֆիզիոլոգիական ազդեցությունը բջջի վարքագծի վրա։ Հաճախ մի քանի փոխազդող բջջային սպիտակուցների շղթայի վարքագիծը փոխվում է ընկալիչների ակտիվացումից հետո։ Ռեցեպտորների ակտիվացման արդյունքում առաջացած բջիջների փոփոխությունների ամբողջությունը կոչվում է ազդանշանի փոխակերպման մեխանիզմ կամ ուղի։

Ազդանշանի փոխանցման ավելի բարդ ուղին ներկայացված է Նկար 3-ում։ Այս ուղին ներառում է բջջի ներսում սպիտակուց-սպիտակուց փոխազդեցության փոփոխություններ՝ առաջացած արտաքին ազդանշանով։ Բազմաթիվ աճի գործոններ կապվում են բջջի մակերեսի ընկալիչների հետ և խթանում են բջիջներին առաջընթաց կատարել բջջային ցիկլով և բաժանվել։ Այս ընկալիչներից մի քանիսը կինազներ են, որոնք սկսում են ֆոսֆորիլացնել իրենց և այլ սպիտակուցներ, երբ կապվում են լիգանդի հետ։ Այս ֆոսֆորիլացումը կարող է առաջացնել կապող տեղ մեկ այլ սպիտակուցի համար և այդպիսով առաջացնել սպիտակուց-սպիտակուց փոխազդեցություն։ Նկար 3-ում լիգանդը (կոչվում է էպիդերմիսի աճի գործոն կամ EGF) կապվում է ընկալիչին (կոչվում է EGFR)։ Սա ակտիվացնում է ընկալիչը՝ ինքն իրեն ֆոսֆորիլացնելու համար։ Ֆոսֆորիլացված ընկալիչը միանում է ադապտերային սպիտակուցին (GRB2), որն ազդանշանը միացնում է ներքևում գտնվող ազդանշանային գործընթացներին։ Օրինակ, ազդանշանի փոխանցման ուղիներից մեկը, որն ակտիվանում է, կոչվում է միտոգենի ակտիվացված պրոտեին կինազի (MAPK) ուղի։ Ազդանշանի փոխանցման բաղադրիչը, որը պիտակավորված է որպես «MAPK» ուղու մեջ, սկզբնապես կոչվում էր «ERK», ուստի ճանապարհը կոչվում է MAPK/ERK ուղի։ MAPK սպիտակուցը ֆերմենտ է՝ պրոտեին կինազ, որը կարող է ֆոսֆատ կցել թիրախային սպիտակուցներին, ինչպիսին է MYC տրանսկրիպցիոն գործոնը և, հետևաբար, փոխել գեների տրանսկրիպցիան և, ի վերջո, բջջային ցիկլի առաջընթացը։ Բազմաթիվ բջջային սպիտակուցներ ակտիվանում են աճի գործոնի ընկալիչների (օրինակ՝ EGFR) ներքևում, որոնք սկսում են ազդանշանի փոխանցման այս ուղին։

Բջջային հատուկ պատասխանը փոխակերպված ազդանշանի արդյունքն է բջջային ազդանշանի վերջնական փուլում։ Այս արձագանքը, ըստ էության, կարող է լինել ցանկացած բջջային ակտիվություն, որն առկա է մարմնում։ Այն կարող է խթանել ցիտոկմախքի վերադասավորումը կամ նույնիսկ որպես ֆերմենտի կատալիզացիա։ Բջիջների ազդանշանային այս երեք քայլերը բոլորն ապահովում են, որ ճիշտ բջիջներն իրենց պահեն այնպես, ինչպես ասվել է, ճիշտ ժամանակին և համաժամանակյա այլ բջիջների և օրգանիզմի ներսում իրենց գործառույթների հետ։ Վերջում ազդանշանային ուղու վերջը հանգեցնում է բջջային գործունեության կարգավորմանը։ Այս արձագանքը կարող է տեղի ունենալ միջուկում կամ բջջի ցիտոպլազմայում։ Ազդանշանային ուղիների մեծ մասը վերահսկում է սպիտակուցի սինթեզը՝ միջուկում որոշակի գեներ միացնելով և անջատելով։
։

Միաբջիջ օրգանիզմներում, ինչպիսիք են բակտերիաները, ազդանշանը կարող է օգտագործվել քնած վիճակում գտնվող բջիջներին «ակտիվացնելու» համար, ուժեղացնելու վիրուսային ուժը, պաշտպանվելու բակտերիոֆագներից։ և այլն։ Քվորումի զգայության դեպքում, որը նաև հանդիպում է սոցիալական միջատների մոտ, անհատական ազդանշանների բազմազանությունը ներուժ ունի ստեղծել դրական հետադարձ կապ՝ առաջացնելով համակարգված արձագանք։ Այս համատեքստում ազդանշանային մոլեկուլները կոչվում են autoinducers։   Այս ազդանշանային մեխանիզմը կարող է ներգրավված լինել միաբջիջից մինչև բազմաբջիջ օրգանիզմների էվոլյուցիայի մեջ։.։ Բակտերիաները նաև օգտագործում են կապից կախված ազդանշաններ, հատկապես դրանց աճը սահմանափակելու համար։.։

Բազմաբջջային օրգանիզմների կողմից օգտագործվող ազդանշանային մոլեկուլները հաճախ կոչվում են ֆերոմոններ։ Նրանք կարող են ունենալ այնպիսի նպատակներ, ինչպիսիք են վտանգի դեմ զգուշացնելը, սննդի մատակարարումը կամ վերարտադրությանը աջակցելը։

Կարճաժամկետ բջջային պատասխաններ 
.։։

Գենային գործունեության կարգավորում 

.։

Տես նաև 

 Բջիջ
 Ֆերմենտ

Ծանոթագրություններ

Հետագա ընթերցում 

 "The Inside Story of Cell Communication". learn.genetics.utah.edu. Retrieved 2018-10-20.
"When Cell Communication Goes Wrong". learn.genetics.utah.edu. Retrieved 2018-10-24.

Արտաքին հղումներ 
NCI-Nature Pathway Interaction Database։ authoritative information about signaling pathways in human cells.
Signaling Pathways Project։ cell signaling hypothesis generation knowledgebase constructed using biocurated archived transcriptomic and ChIP-Seq datasets

Կենսաբանություն