мини|536x536пкс|Шематски приказ на најчестите патишта за пренос на сигнали кај цицачите. Пренос на сигнали — процес со кој во клетката се пренесува хемиски или физички сигнал во вид на низа од молекуларни настани, најчесто фосфорилација на белковини катализирана од белковински кинази, што на крајот резултира со клеточен одговор. Белковините одговорни за откривање на дразбите се нарекуваат рецептори, иако во некои случаи се користи и називот сензор. Промените во рецепторот предизвикани од врзувањето на лиганд (или друг сигнал) доведуваат до биохемиска каскада, која претставува ланец на биохемиски настани познати како сигнална патека.
Кога сигналните патеки комуницираат едни со други, тие формираат мрежи, кои овозможуваат координирање на клеточните одговори, што честопати резултира со комбинаторно сигнализирање. На молекуларно ниво, ваквите одговори вклучуваат промени во транскрипцијата и транслацијата на гените, или посттранслациони и конформациски промени на белковини, како и промени во нивната локација. Овие молекуларни настани се основните механизми преку кои се контролира растот на клетките, пролиферацијата, метаболизмот и многу други биолошки процеси. Кај повеќеклеточните организми, патеките за пренос на сигнали ја регулираат клеточната комуникација на различни начини.
Секоја компонента (или јазол) на една сигналната патека е класифицирана според улогата што ја игра во однос на почетната дразба (стимул). Лигандите се нарекуваат први гласници, додека рецепторите се преносители на сигналот, кои потоа ги активираат првичните ефектори. Таквите ефектори честопати се поврзани со втори (вторични) гласници, кои можат да активираат вторични ефектори, и така натаму. Во зависност од ефикасноста на јазлите, сигналот може да се засили (концепт познат како зајакнување на сигналот), така што една сигнална молекула може да генерира одговор што вклучува стотици до милиони молекули. Како што е случајот и со небиолошките сигнали, преносот на биолошките сигнали се одликува со одложеност, бучава, повратни информации за сигналот и интерференција, што може да варира од занемарливо до патолошко.
Дразби мини|322x322пкс|Илустрација на пренос на сигнал во клетка. Основата на преносот на сигнали е трансформацијата на одредена дразба (стимул) во биохемиски сигнал. Природата на ваквите дразби може да варира во голема мера; од надворешноклеточни промени, како што е присуството на хормони, до внатрешноклеточни промени, како што е оштетувањето на ДНК. Традиционално, сигналите што стигнуваат до централниот нервен систем на животинските организми се класифицираат како сетила. Тие се пренесуваат од неврон на неврон преку процес наречен синаптички пренос. Кај повеќеклеточните организми постојат многу други механизми за пренос на сигнали помеѓу клетките на организмот, како, на пример, при регулацијата на развојот на ембрионот.
Лиганди Поголемиот дел од патиштата за пренос на сигнали вклучуваат врзување на сигнални молекули, познати како лиганди, за рецептори кои покренуваат настани во внатрешноста на клетката.
Врзувањето на сигналната молекула за рецепторот предизвикува промена во конформацијата на рецепторот, позната како активација на рецепторот. Повеќето лиганди се водорастворливи молекули од надворешноклеточната средина кои се врзуваат за рецепторите на површината на клетката. Примери за лиганди се факторите на раст, цитокините и невротрансмитерите. Некои лиганди, како што се стероидните хормони, се растворливи во липиди, па затоа лесно ја преминуваат плазматската мембрана за да дојдат до нивните јадрени рецептори.
Не сите класификации на сигналните молекули ја земаат предвид молекуларната природа на секој член на класата. На пример, одорантите (мирисни супстанци) припаѓаат на широк спектар на молекуларни класи, како и невротрансмитерите, кои варираат во големина од мали молекули како што е допаминот до големи невропептиди како што се ендорфините. Покрај тоа, некои молекули можат да се вклопат во повеќе од една класа; на пример, епинефринот (адреналин) се смета за невротрансмитер кога се лачи од централниот нервен систем, а за хормон кога се лачи од сржта на надбубрежната жлезда.
Механички сили Механотрансдукција или механоспроводливост (пренос на механички сигнал) е механизам со кој клетките претвораат механички стимул во електрохемиска активност. Оваа форма на сетилна трансдукција е одговорна за голем број сетила и физиолошки процеси во телото, вклучително проприоцепција, допир, рамнотежа и слух. Основниот механизам на механоспроводливоста е претворањето на механичките сигнали во електрични или хемиски сигнали.
Осмоларност Клеточната и системската контрола на осмотскиот притисок (разликата во осмоларноста помеѓу цитозолот и вонклеточниот медиум) е критична за хомеостазата. Постојат три начини на кои клетките можат да детектираат осмотски стимули: како промени во макромолекуларното гомилање, промени во јонската јачина и промени во својствата на плазматската мембрана или цитоскелетот (втората е форма на механоспроводливост). Овие промени ги откриваат белковини познати како осмосензори или осморецептори. Кај луѓето, најдобро карактеризирани осмосензори се TRP каналите (од англ. Transient receptor potential channels) присутни во првичната трепка (цилиум) на човечките клетки. Кај квасецот, HOG патеката е најдобро опишана.
Температура Регистрирањето на температурата во клетките е познато како термоцепција и главно е посредувано од TRP каналите. Животинските клетки дополнително содржат механизам за спречување на оштетувања од високи температури, познат како одговор на топлотен шок. Таквиот одговор се активира кога високите температури ја предизвикуваат дисоцијација на неактивниот HSF1 од комплекси со белковини на топлински шок Hsp40/Hsp70 и Hsp90. Со помош на некодирачката РНК hsr1, HSF1 потоа се тримеризира, станува активен и ја регулира експресијата на неговите целни гени. Многу други термосензорни механизми постојат и кај прокариотите и кај еукариотите.
Основни одлики на биолошкиот пренос на сигнали мини|261x261пкс|Домино каскадата е аналогна на биолошкиот пренос на сигнали. Биолошкиот пренос на сигнали е исклучително специфичен и чувствителен. Специфичноста се должи на прецизната молекуларна комплементарност помеѓу молекулите на сигналот и рецепторот, која е посредувана од истите слаби (нековалентни) сили кои ги посредуваат интеракциите помеѓу ензим-супстрат и антиген-антитело. Повеќеклеточните организми имаат дополнително ниво на специфичност, бидејќи рецепторите за даден сигнал, или внатрешноклеточните цели на дадена сигнална патека, се присутни само во одредени типови на клетки. Три фактори влијаат на извонредната чувствителност на преносот на сигнали: високиот афинитет на рецепторите кон сигналните молекули, коперативноста (често, но не секогаш) во интеракцијата помеѓу лигандот и рецепторот и засилувањето (амплификацијата) на сигналот во ензимските каскади. Афинитетот помеѓу рецепторот и сигналот (лигандот) може да се изрази како константа на дисоцијација Kd, која најчесто има вредност од 10−7 М или помала, што значи дека рецепторот е способен да детектира микромоларни или наномоларни концентрации на сигналната молекула. Кооперативноста во интеракциите помеѓу рецепторот и лигандот се дефинира како големи промени во активацијата на рецепторот со мали промени во концентрацијата на лигандот. Амплификацијата на сигналот е резултат на активацијата на одреден ензим од страна на рецепторот, кој потоа активира голем број на молекули на втор ензим, кои пак активираат уште поголем број на молекули на трет ензим, итн., во процес наречен ензимска каскада. Таквите каскади можат во период од неколку милисекунди да создадат амплификации кои се поголеми неколку редови во големина. Одговорот на сигналот исто така мора да биде прекинат, така што надолните ефекти се пропорционални на јачината на оригиналниот стимул.
Интеракционите сигнални белковини се модуларни. Многу сигнални белковини имаат повеќе домени кои препознаваат специфични одлики кај други белковини или кај цитоскелетот или плазматската мембрана. Оваа модуларност им овозможува на клетките да комбинираат различни сигнални молекули за да создадат широк спектар на мултиензимски комплекси со различни функции или клеточни локации. Една од основните одлики кај овие интеракции е врзувањето на една модуларна сигнална белковина за фосфорилирани остатоци на друга белковина; резултирачката интеракција може да се регулира со фосфорилација или дефосфорилација на белковинскиот партнер. Постојат итн. неензимски „скеле“ белковини кои имаат афинитет кон неколку од ензимите кои учествуваат во каскадите на интеракција. Нивната улога е просторно да ги зближат ензимите кои стапуваат во интеракција, осигурувајќи на тој начин дека тие комуницираат на специфични клеточни локации и во одредено време. Многу од домените вклучени во интеракциите помеѓу белковините се интринзично неструктурирани, што значи дека се способни да се склопуваат различно во зависност од тоа со која белковина стапуваат во интеракција. Како резултат на ова, една белковина може да има повеќе функции во сигналните патишта.
Чувствителноста (чувствителноста) на рецепторните системи е предмет на модификација. Кога одреден сигнал е континуирано присутен, рецепторниот систем станува десензитизиран, така што тој повеќе не реагира на сигналот. Кога стимулот паѓа под одреден праг, системот повторно станува чувствителен.
Интеграција на сигналот е способноста на системот да прима повеќе сигнали и да создава унифициран одговор, соодветен на комбинираните потреби на клетката или организмот. Различни сигнални патишта се вкрстуваат едни со други на неколку нивоа, што доведува до сложени меѓусебни влијанија (англ. Crosstalk).
Друга важна одлика на биолошкиот пренос на сигнали е локализацијата на одговорот во клетката. Кога компонентите на сигналниот систем се ограничени на специфична субцелуларна структура, како на пример одредена органела, клетката може локално да го регулира процесот без влијание врз останатите делови од клетката.
Рецептори Рецепторите можат грубо да се поделат на две големи класи: надворешноклеточни (вонклеточни) и внатрешноклеточни (внатреклеточни).
Надворешноклеточни рецептори Надворешноклеточните рецептори се интегрални трансмембрански белковини и ги сочинуваат повеќето рецептори. Тие се сместени во плазматската мембрана на клетката, така што едниот дел на рецепторот е од надворешната страна на клетката, а другиот дел од внатрешната. Преносот на сигналот се јавува како резултат на врзување на лиганд за надворешниот дел од рецепторот (лигандот не ја поминува мембраната). Врзувањето на лигандот за рецепторот предизвикува конформациона промена на внатрешниот дел од рецепторот, процес кој понекогаш се нарекува „активирање на рецепторот“. Ова резултира или со активирање на ензимски домен на рецепторот или со изложување на место на рецепторот за кое се врзуваат други внатреклеточни сигнални белковини во клетката.
Во еукариотските клетки, повеќето внатреклеточни белковини кои ги активира интеракцијата помеѓу рецепторот и лигандот имаат ензимска активност, а честопати тие се ковалентно врзани за рецепторот. Некои од овие ензими создаваат втор гласник, како што се цикличниот AMP и IP3, од кои вториот го контролира ослободувањето на внатреклеточните резерви на калциум во цитоплазмата. Адаптер белковините (STAPs, од англ. Signal Transducing Adaptor Proteins) се помошни белковини во процесот на пренос на сигнали. Тие содржат голем број на модули за врзување на белковини со што го олеснуваат создавањето на поголеми сигнални комплекси, т.е. тие посредуваат во интеракцијата помеѓу други белковини.
Многу ензими и адаптер белковини активирани од процес на пренос на сигнал поседуваат специјализирани белковински домени кои се врзуваат за специфични молекули на втори гласници. На пример, калциумовите јони (втор гласник) се врзуваат за доменот EF рака на калмодулинот, што предизвикува тој да се врзе и да ја активира калмодулин-зависната киназа.
Рецептори поврзани со G белковина