Հիմնական նյութ

Դասընթաց․ (Կենսաբանություն) > Բաժին 14

Դաս 1: Ինչպես են բջիջները միմյանց ազդանշան տալիս

Ծանոթացում բջջային ազդանշաններին

Ծանոթացում բջջային ազդանշաններին

Սովորիր, թե ինչպես են բջիջները հաղորդակցվում միմյանց հետ՝ օգտագործելով տարբեր տեսակների կարճ և երկար ազդանշաններ մեր օրգանիզմում հաղորդակցման ապահովման համար։

Ներածություն

Կարծո՞ւմ ես, որ բջիջներդ գիտակցությունից զուրկ ու անշաժ, սովորական կառուցվածքային միավորներ են, ինչպես պատի աղյուսնե՞րը։ Եթե այո, ապա կրկին մտածիր։ Բջիջները կարող են ընկալել, թե ինչ է կատարվում իրենց շուրջ և ճիշտ ժամանակին արձագանքել հարևան բջիջներից և միջավայրից ստացված ազակներին։ Հենց այս պահին, քո բջիջները միլիոնավոր ազդանշաններ են ուղարկում և ստանում՝ օգտագործելով քիմիական ազդանշանային մոլեկուլներ։

Այս հոդվածում կուսումնասիրենք բջիջների հաղորդակցման հիմնական սկզբունքները։ Նախ և առաջ կտեսնենք, թե ինչպես է բջիջ–բջիջ ազդանշանային համակարգն աշխատում, ապա կդիտարկենք մեր օրգանիզմում տեղի ունեցող մեծ և փոքր հեռավորություններ ընդգրկող ազդանշանների տարբեր տեսակները։

Ակնարկ բջիջներում ազդանշանի փոխանցման մասին

Բջիջները հիմնականում հաղորդակցվում են՝ օգտագործելով քիմիական ազդանշանային մոլեկուլներ։ Այս քիմիական ազդանշանները, որոնք սովորաբար սպիտակուցներ են կամ այլ մոլեկուլներ՝ արտադրվում են ազդանշան հաղորդող բջջի կողմից և արտազատվում արտաբջջային տարածություն։ Դրանք կարող են լողալ դեպի հարևան բջիջներ՝ ինչպես շշում պահված նամակները:

Որոշակի քիմիական ազդանշանը ոչ բոլոր բջիջների համար է «լսելի»։ Ազդակի հայտնաբերման համար, հարևան բջիջը (այն պետք է լինի թիրախ բջիջ) պետք է ունենա ազդանշանին համապատասխանող ընկալիչ։ Ազդանշանային մոլեկուլը միանալով ընկալչին՝ փոխում է վերջինիս ձևը և ակտիվությունը՝ բջջի ներսում փոփոխություն առաջացնելով։ Ազդանշան փոխանցող մոլեկուլներին անվանում են լիգանդներ՝ ընդհանրական անվանումը այն մոլեկուլների, որոնք միանում են որոշակի մոլեկուլների (ինչպիսին են ընկալիչները)։

Հաղորդագրությունը, որը կրում է լիգանդը, հաճախ ամփոփված է լինում բջջի ներսում առկա քիմիական մոլեկուլների մեջ։ Վերջինս պատճառ է դառնում փոփոխության բջջի ներսում, օրինակ՝ գենի գործունեության փոփոխության կամ նույնիսկ մի ամբողջ գործընթացի խթանման, ինչպիսին է՝ բջջի բաժանումը։ Սկզբնապես միջբջջային (բջիջների միջև) ազդանշանը փոխակերպվում է ներբջջայինի (բջջի ներսում), որն էլ հանգեցնում է պատասխանի առաջացման։

Դու կարող ես ավելին սովորել այս ամենի մասին՝ կարդալով լիգանդների և ընկալիչների, ազդանշանի փոխանցման և բջջային պատասխանի մասին հոդվածները։

Ազդակնշանի փոխանցման ձևերը

Բջիջ–բջիջ ազդանշանային համակարգի դեպքում ազդանշանը հաղորդող բջջից փոխանցվում է ազդակն ընկալող բջջին։ Սակայն միշտ չէ, որ այս բջիջներն անմիջական հարևաններ են, բացի այդ ոչ բոլոր բջիջներն են ազդակները հաղորդում նույն կերպ։

Բազմաբջիջ օրգանիզմներում գործում է քիմիական ազդանշանի փոխանցման չորս հիմնական եղանակ՝ պարակրին, ավտոկրին, էնդոկրին և անմիջական կապ։ Ազդանշանի փոխանցման այս եղանակները տարբերվում են միմյանցից այն ճանապարհի երկարությամբ, որն ազդանշանն անցնում է՝ թիրախ բջջին հասնելու համար։

Ազդանշանի փոխանցման պարակրին ուղի

Միմյանց մոտ գտնվող բջիջները հաճախ հաղորդակցվում են՝ օգտագործելով քիմիական ազդանշաններ (լիգանդներ, որոնք դիֆուզվում են բջիջների միջև եղած տարածություններով)։ Ազդանշանի փոխանցման այս եղանակը, երբ հաղորդակցվում են համեմատաբար մոտ գտնվող բջիջները, կոչվում է ազդանշանի փոխանցման պարակրին ուղի։

Ազդանշանի պարակրին փոխանցումը թույլ է տալիս բջիջներին կարգավորելու իրենց հարևան բջիջների գործունեությունը։ Թեև այս եղանակն օգտագործվում է տարբեր հյուսվածքներում, պարակրին ազդակները հատկապես կարևոր են զարգացման ընթացքում։ Դրանց միջոցով բջիջների խմբերը ազդակներ են հաղորդում հարևան խմբերին՝ կարգավորելով բջիջների մասնագիտացումը։

«Գերձայնային ոզնի» կոչվող սպիտակուցը և մորֆոգեներ

Սաղմում ողնուղեղի զարգացումը իրենից ներկայացնում է խոռոչավոր խողովակ, որում բջիջների մի մասը շարժվում են սաղմի երկայանքով՝ քորդայով, իսկ մեկ այլ խումբ՝ քորդային զուգահեռ՝ floor plate-ով։ Ե՛վ քորդան, և՛ loor plate-ը արտազատում են գերձայնային «ոզնի» (Sonic hedgehog - Shh) կոչվող ազդանշանային մոլեկուլը։

Shh-ն դիֆուզվում և հեռանում է քորդայից ու floor plate-ից՝ առաջացնելով կոնցենտրացիոն գրադիենտ։ Վերջինս ավելի բարձր է այն մասում, որտեղից Shh-ը դիֆուզվել է և ցածր է՝ առավել հեռավու գտնվող հատվածներում։ Shh-ի ստեղծած տարբեր կոնցենտրացիոն գրադիենտները թույլ են տալիս որոշել, թե բջիջները որ տեսակի նեյրոնների պետք է վերածվեն

^{1, 2}

Քորդային և floor plate-ին մոտ գտնվող բջիջները ստանում են ազդանշանի մեծ չափաբաժին և առաջացնում են նեյրոնների յուրահատուկ տեսակ, որոնց հիմնական գործառույթը կապի հաստատումն է (միջանկյալ նեյրոններ)։
Բջիջները, որոնք փոքր ինչ ավելի հեռու են գտնվում, ստանում են ազդանշանի փոքր չափաբաժին և վերածվում են շարժողական նեյրոնների (նեյրոններ, որոնք միմյանց են կապում մկանները)։
Քորդայից և floor plate-ից առավել մեծ հեռավորության վրա գտնվող բջիջները ստանում են ազդանշանի համապատասխանաբար ավելի փոքր չափաբաժնի և վերածվում են միջանկյալ նեյրոնների այլ տեսակների։

Shh-ի տարբեր չափաբաժինները բջջում հանգեցնում են բազմապիսի պատասխանների առաջացման՝ խթանելով տարբեր հատկանիշների ձևավորումն ու մասնագիտացումը։ Ազդանշանները (ինչպին Shh-ն է), որոնք ձևավորում են գրադիենտներ և կախված ազդանշանի ուժգնությունից տարբեր ազդեցություններ են ունենում զարգացման գործընթացների վրա, կոչվում են մորֆոգեններ։

Ողնուղեղում նեյրոնների տարբեր տեսակների մասնագիտացման գործընթացը կախված է ոչ միայն Shh-ից, այլև ազդանշանի փոխանցման այլ ուղիներից և ազդանշանների ներգործության տևողությունից։ Սա այս հոդվածում պարզեցված է ներկայացված՝ Shh-ի դերը որպես մորֆոգեն ընդգծելու համար։

Ինչու՞ է այն կոչվում գերձայնային ոզնի

Ինչպես գուշակեցիր, այս ազդանշանային մոլեկուլն անվանակոչվել է Sega տեսախաղի նույնանուն հերոսի պատվին

^{3}

։ Գերձայնային ոզնու առաջին գենը հայտանբերվել է դրոզոֆիլ պտղաճանճի օրգանիզմում։ Այն պտղաճանճերը, որոնցում բացակայում էր այս գենը, ունեին սրածայր ու ցցված արտաքին, որի արդյունքում էլ գենը ստացավ ոզնի անունը։ Երբ այդ նույնը գենը հայտնաբերվեց ողնաշարավորներում, ստացավ գերձայնային ոզնի անվանումը

^{4}

։ Հետազատողը, որն այսպես անվանեց գենը, երբեք չէր խաղացել տեսախաղը, սակայն վերցրել էր գերձայնայինգրքեր անունը իր աղջկա կոմիքսների գրքից։

Ազդանշանի փոխանցում սինապսով

Ազդանշանի պարակրին փոխանցման մեկ այլ յուրահատուկ օրինակ է ազդանշանի փոխանցումը սինապսով, որի շնորհիվ նյարդային բջիջները ազդանշաններ են հաղորդում։ Այս գործընթացն իր անունն է ստացել սինապս եզրույթից՝ երկու նյարդային բջիջների միջև առկա հանգույց, որտեղ էլ տեղի է ունենում ազդանշանի հաղորդումը։

Երբ ազդանշան հաղորդող նեյրոնը գրգռվում է, էլեկտրական ազդակը սկսում է տեղաշարժվել բջջի միջով՝ իջնելով ներքև երկար, ֆիբրինանման հավելումով՝ աքսոնով։ Ազդանշանը, հասնելով սինապսին, հանգեցնում է լիգանդների՝ նյարդամիջնորդանյութերի արտազատման։ Դրանք արագորեն անցնում են նյարդային բջիջների միջև առկա փոքր տարածքով։ Հասնելով ազդանշանն ընկալող բջջին՝ նյարդամիջնորդանյութերը միանում են ընկալիչներին և հանգեցնում մի շարք քիմիական փոփոխությունների բջջի ներսում (հաճախ բացելով իոնական անցուղիները և փոխելով բջջաթաղանթի էլեկտրական պոտենցիալը)։

Նկարի աղբյուրը՝ "Signaling molecules and cellular receptors: Figure 2", մշակումը՝ ըստ OpenStax College, Biology-ի (CC BY 3.0)։

Քիմիական սինապսների մեջ արտազատվող նեյրոմիջնորդանյութերն արագորեն քայքայվում են կամ էլ վերադառնում ազդանշան հաղորդող բջիջ։ Սա «վերամիացնում է» ամբողջ համակարգը, որի արդյունքում սինապսները պատրաստ են լինում արագ արձագանքնելու հաջորդ ազդանշանին։

Նկարը աղբյուրը՝ "Signaling molecules and cellular receptors: Figure 1", մշակումը՝ ըստ OpenStax College, Biology-ի (CC BY 3.0)։

Ազդանշանի փոխանցման ավտոկրին ուղի

Ազդանշանի փոխանցման ավտոկրին ուղիում բջիջն ինքն իրեն է ուղարկում ազդանշան, այսինքն, արտազատում է լիգանդ, որը միանում է հենց իր մակերևույթին գտնվող ընկալիչներին (կախված ազդանշանի տեսակից՝ հնարավոր է նաև՝ բջջի ներսում գտնվող ընկալիչներին)։ Սա կարող է տարօրինակ թվալ, սակայն ազդանշանի փոխանցման ավտոկրին ուղիում կարևոր դեր է խաղում մի շարք գործընթացներում։

Օրինակ՝ զարգացման ընթացքում ազդանշանի ավտոկրին փոխանցումն օգնում է բջիջներին ճիշտ տարբերակվել և մասնագիտանալ։ Բժշկական տեսանկյունից ազդանշանի փոխանցման ավտոկրին ուղին կարևոր է քաղցեկեղի առաջացման ժամանակ և առանցքային դեր է խաղում հատկապես մետաստազների զարգացման գործում (քաղցկեղի տարածումը սկզբնական տեղամասից մարմնի այլ հատվածներ)

^{6}

։ Շատ դեպքերում ազդանշանը կարող է միաժամանակ ավտոկրին և պարակրին ազդեցություններ ունենալ՝ միանալով թե՛ ազդանշանը հաղորդող բջջին, թե՛ նմանատիպ այլ բջիջների։

Ազդանշանի փոխանցման ներզատական ուղի

Մեծ հեռավորություններով ազդանշաններ հաղորդելու համար բջիջներն օգտագործում են արյունատար համակարգը։ Ազդանշանի փոխանցման ներզատական ուղիում մասնագիտացած բջիջների արտադրած ազդակնշաններն արտազատվում են արյան հոսքի մեջ։ Վերջինս հասցնում է դրանք մեծ հեռավորության վրա գտնվող թիրախ բջիջներին։ Այն ազդանշանները, որոնք արտադրվում են մարմնի որևէ հատվածում և տեղափոխվում են արյան շրջանառության միջոցով՝ միանալով մեծ հեռավորության վրա գտնվող թիրախին, կոչվում են հորմոններ։

Մարդկանց օրգանիզմում հորմոններ արտադրող ներզատական գեղձերից են վահանագեղձը, ենթատեսաթումբը և մակուղեղը, ինչպես նաև սեռական գեղձերը (սերմնարաններ և ձվարաններ) և ենթաստամոքսային գեղձը։ Յուրաքանչյուր ներազատական գեղձ արտադրում է մեկ կամ մի քանի տեսակի հորմոն, որոնցից շատերը կարգավորում են զարգացման և ֆիզիոլոգիական գործընթացներ։

Օրինակ՝ մակուղեղն արտադրում է աճի հորմոն, որը խթանում է օրգանիզմի՝ հատկապես կմախքի և աճառաների աճը։ Ինչպես հորմոնների մեծամասնությունը, այնպես էլ աճի հորմոնն ազդում է տարբեր տեսակի բջիջների վրա։ Աճառի բջիջներն աճի հորմոնի գործունեության լավ օրինակ են։ Հորմոնը, միանալով բջիջների մակերեսին գտնվող ընկալիչներին, խթանում է դրանց բաժանումը

^{7}

Նկարի աղբյուրը՝ "Signaling molecules and cellular receptors: Figure 2", մշակումը՝ ըստ OpenStax College, Biology-ի (CC BY 3.0)։

Բույսերում բացակայում են ներզատական բջիջները կամ գեղձերը, սակայն նրանք ունեն ազդանշանային մոլեկուլներ, որոնք կարգավորում են աճը և, տեղաշարժվելով բույսի միջով, ազդում են մեծ հեռավորությունների վրա գտնվող բջիջների վրա։ Այս ազդանշանները կոչվում են բուսական հորմոններ

^{8}

Ազդանշանի փոխանցումը բջիջ-բջիջ անմիջական շփումով

Կենդանիների միջբջջային անցուղիները և բույսերի պլազմոդեսմները փոքրիկ անցուղիներ են, որոնք ուղղակիորեն կապում են հարևան բջիջները: Ջրով լի այս անցուղիները թույլ են տալիս ազդանշանային փոքր մոլեկուլներին՝ ներբջջային միջնորդներին դիֆուզիայի ենթարկվել երկու բջիջների միջև: Փոքր մոլեկուլներն ու իոններն ի վիճակի են շարժվել բջիջների միջև, բայց սպիտակուցների և ԴՆԹ-ի նման խոշոր մոլեկուլները առանց հատուկ օգնության չեն կարող տեղավորվել անցուղիների մեջ։

Ազդանշանային մոլեկուլների հաղորդման արդյունքում բջիջը տեղեկություն է փոխանցում իր ընթացիկ վիճակի մասին հարևան բջիջներին։ Սա թույլ է տալիս բջիջների խմբին վերահսկելու իրենց պատասխանն այն ազդանշանին, որը ստանալու է բջիջներից միայն մեկը։ Բույսերում գրեթե բոլոր բջիջներն ունեն պլազմոդեսմներ, որոնք վերածում են բույսը մի հսկա համակարգի։

Նկարը աղբյուրը՝ "Signaling molecules and cellular receptors: Figure 1", մշակումը՝ ըստ OpenStax College, Biology-ի (CC BY 3.0)։

Ազդանշանի փոխանցման անմիջական ուղու մեկ այլ տեսակի դեպքում երկու բջիջների միացումը հնարավոր է դառնում իրենց մակերևույթի վրա առկա կոմպլեմենտար սպիտակուցների շնորհիվ։ Վերջիններս, միանալով իրար, հանգեցնում են սպիտակուցներից որևէ մեկի կամ երկուսի ձևի փոփոխության՝ հաղորդելով ազդանշան։ Ազդանշանի այսպիսի փոխանցումը կարևոր դեր է խաղում իմունային համակարգում, որտեղ իմունային բջիջներն օգտագործում են բջջի մակերեսին գտնվող մարկերներ՝ «սեփական» բջիջները (մարմնի բջիջները) ախտածիններով վարակված բջիջներից տարբերելու համար։

Մեջբերում

Հոդվածի աղբյուրը՝ "Signaling molecules and cellular receptors", մշակումը՝ ըստ OpenStax College, Biology-ի (CC BY 3.0)։ Անվճար ներբեռնիր հոդվածի բնօրինակը այստեղ՝ http://cnx.org/contents/185cbf87-c72e-48f5-b51e-f14f21b5eabd@9.85։

Մշակված հոդվածի արտոնագրի համարն է՝ CC BY-NC-SA 4.0

Օգտագործված գրականություն

Jessell, T. M. (2000). Neuronal specification in the spinal cord: Inductive signals and transcriptional codes. Nature Reviews Genetics, 1(1), 20-29. http://dx.doi.org/10.1038/35049541. Retrieved from http://cumc.columbia.edu/dept/neurobeh/jessell/Publications/2000PDF/jessell.pdf.
Horne, J. (2004, July 1). Sonic hedgehog, the morphogen. In Nature milestones: Development. http://dx.doi.org/10.1038/nrn1469.
Riddle, R. D., Johnson, R. L., Laufer, E., and Tabin, C. (1993). Sonic hedgehog mediates the polarizing activity of the ZPA. Cell, 75, 1401-1416. http://dx.doi.org/10.1016/0092-8674(93)90626-2.
Gilbert, S. F. (2000). The Hedgehog family. In Developmental biology (6th ed.). Retrieved from http://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK10071/#_A1042_.
Misra, Ria. (2015, March 16). The strange history of how a gene was named "Sonic hedgehog." In io9. Retrieved from http://io9.gizmodo.com/the-strange-history-of-how-a-gene-was-named-sonic-hedg-1691732678.
Autocrine signalling. (2014, December 30). Retrieved November 1, 2015 from Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Autocrine_signalling.
Growth hormone. (2016, July 22). Retrieved July 23, 2016 from Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Growth_hormone#Function.
Reece, J. B., Urry, L. A., Cain, M. L., Wasserman, S. A., Minorsky, P. V., and Jackson, R. B. (2011). Cell communication. In Campbell biology (10th ed.). San Francisco, CA: Pearson, 212.
OpenStax College, Biology. (2015, September 29). Adaptive Immune response. In OpenStax CNX. Retrieved from http://cnx.org/contents/GFy_h8cu@9.87:etZobsU-@6/Adaptive-Immune-Response.

Հղումներ

Autocrine signalling. (2014, December 30). Retrieved November 1, 2015 from Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Autocrine_signalling.

Growth hormone. (2016, July 22). Retrieved July 23, 2016 from Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Growth_hormone.

Mehlen, P., Mille, F., and Thibert, C. (2005). Morphogens and cell survival during development. Journal of Neurobiology, 64(4), 357-366. http://dx.doi.org/10.1002/neu.20167.

Morphogen. (2015, 24 August). Retrieved November 1, 2015 from Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Morphogen.

OpenStax College, Biology. (2015, September 29). Adaptive Immune response. In OpenStax CNX. Retrieved from http://cnx.org/contents/GFy_h8cu@9.87:etZobsU-@6/Adaptive-Immune-Response.

Paracrine signalling. (2015, June 2). Retrieved November 1, 2015 from Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Paracrine_signalling.

Raven, P. H., Johnson, G. B., Mason, K. A., Losos, J. B., and Singer, S. R. (2014). Cell communication. In Biology (10th ed., AP ed., pp. 168-185). New York, NY: McGraw-Hill.

Reece, J. B., Urry, L. A., Cain, M. L., Wasserman, S. A., Minorsky, P. V., and Jackson, R. B. (2011). Cell communication. In Campbell biology (10th ed., pp. 210-231). San Francisco, CA: Pearson.

Sonic hedgehog. (2015, October 17). Retrieved November 5, 2015 from Wikipedia: https://en.wikipedia.org/wiki/Sonic_hedgehog.

Ուզո՞ւմ ես միանալ խոսակցությանը։

Մուտք գործել

Դասակարգել ըստ

Առայժմ հրապարակումներ չկան։

Անգլերեն հասկանո՞ւմ ես: Սեղմիր այստեղ և ավելի շատ քննարկումներ կգտնես «Քան» ակադեմիայի անգլերեն կայքում: