Основные сведения о системе трансдукции сигнала в клетке

Рецепторы, их типы. G-белки.
В рецепции внешних сигналов органами чувств участвуют специ­фические для каждого органа рецепторные клетки и системы клеток, в которых происходит трансформация сигнала - химического, зрительного, звукового, вкусового, обонятельного, осязательного - в нервные им­пульсы. По энергии все рецепторы могут быть разделены механо-, термо-, хемо- и фоторецепторы. Различные рецепторные клетки имеют выросты - антенны, плаз­матические мембраны которых содержат белки, специфические для данного вида рецепции. Антенны могут состоять из микровилл и их производных - ресничек, жгутиков, сюда же входят фибриллярные белки.
Обонятельная рецепция имеет важное значение для ряда орга­низмов позвоночных и беспозвоночных. Насекомые пользуются языком запахов - выделяемые ими феромоны служат для сигнализации. Монкрифф (1951) предположил, что рецепция запаха основана на стерическом соответствии между структурой молекулы пахучего ве­щества и структурой некоторой полости в рецепторной клетке. Исхо­дя из этой идеи, Эймур (1962) установил 7 первичных запахов: камфорный (камфара), мускусный (пентадеканолактон), цветочный (фенилметилэтикарбинол), мятный (ментол),эфирный (дихлорэтилен), едкий, острый (муравьиная кислота), гнилостный (бутилмеркаптан).
Сопоставление структур, обладающих этими запахами показало, что запах определяется не химическим составом, а формой и разме­рами молекул. Едкий и гнилостный запахи определяются уже не структурой, а зарядом - электрофильные вещества с малыми молекулами имеют едкий запах (SO₂, Cl₂), нуклеофильные - гнилостный (Н₂S). Сложные запахи возникают, если различные группы одного и то­го же вещества размещаются в полостях разного типа. Кислый вкус определяется наличием Н⁺, соленый - анионами Сl^- . Горький и сладкий вкус возникает при воздействии на рецеп­торы веществ разного строения: хинин и Na₂SO₄ - горький, сахар и сахарин - сладкий.
Открыты специфические белки, обладающие вкусовой актив­ностью. Два из них - монеллин и тауматин, обладающие интенсивно сладким вкусом, являются хемостимуляторами. Гликопротеид миракулин является модификатором вкуса - после его воздействия на язык кислота воспринимается как сладкое ве­щество.
Зрение - это вид фоторецепции, имеющий место у позвоноч­ных и членистоногих. Световое излучение характеризуется спект­ральными свойствами и несет значительное количество информа­ции, необходимой для жизнедеятельности. Молекулярными ловушками световой энергии являются зри­тельные пигменты (родопсин). Их способность переходить в электронно-возбужденные состояния при поглощении света опреде­ляет триггерные свойства, обеспечивающих прохождение цепи со­бытий, которые приводят к возникновению зрительного сигнала. В наиболее общем виде итоговая реакция фоторецепции имеет вид:
зрительный пигмент + свет  нервный импульс.

G-белки

G-белки активируют усилительный фермент, находящийся на внутренней стороне мембраны. Фермент превращает молекулы вещества-предшественника в молекулы вторичного посредника. Так аденилатциклазы превращает аденозинтрифосфат (АТФ) в цАМФ, а фермент фосфолипаза С расщепляет мембранный липид фосфатидилинозитол-4,5-дифосфат на диацилглицерол (ДАГ) и инозитолтрифосфат (IP₃). В обоих путях передачи сигналов сходны конечные стадии: они состоят в том, что вторичные посредники вызывают изменения структуры клеточных белков. Известны два основных способа действия вторичных посредников. Один из них - прямой - состоит в том, что посредник связывается с белком, а точнее с регуляторным компонентом белка, и вызывает конформационную перестройку. Классическим примером такого механизма является регуляция сокращения скелетных мышц. В этом случае вторичный посредник кальций связывается с белком тропонином С, что вызывает конформационное изменение, ведущее к сокращению мышцы.
G-белки бывают двух типов: стимулирующие (G_S--белок) и ингибирующие (G_i - белок). Стимулирующий G_S--белок связан с рецептором соответствующего типа (R_S.). Взаимодействие внешней сигнальной молекулы с рецептором вызывает изменение его конформации. Конформационная перестройка передается через мембрану G_S--белку, в результате чего тот приобретает способность связывать внутриклеточный ГТФ. Вследствие связывания ГТФ конформация G_S--белка изменяется, причем так, что он теперь может активировать аденилатциклазу и тем самым вызывать образование цАМФ. Таким образом, в момент образования комплекса G_S и ГТФ включается канал передачи информации. Активность комплекса G_S-белок - ГТФ подавляется путем гидролиза ГТФ до ГДФ. После гидролиза ГТФ G_S--белок теряет способность активировать аденилатциклазу. Гидролиз катализируется ферментом гуанозинтрифосфатазой (ГТФазой). Токсин, выделяемый холерным вибрионом, подавляет функцию ГТФазы. Это приводит к увеличению времени жизни комплекса G_S--белка с ГТФ, вследствие чего клетка производит цАМФ постоянно, независимо от побуждающего к этому внешнего сигнала. В клетках кишечника цАМФ вызывает сильную секрецию жидкости, чем и объясняется тяжелая диарея, которой страдают больные холерой.
G-белки другого типа (G_i-белки) участвуют в передачи информации, подавляющей образование цАМФ. Взаимодействие внешней, сигнальной молекулы с рецептором, обозначаемым символом R_i, приводит к изменению конформации G_i-белка, после чего тот связывает ГТФ, еще раз меняет конформацию и ингибирует аденилатциклазу. В этом случае также известен бактериальный токсин, блокирующий передачу информации. Он продуцируется возбудителем коклюша. Показано, что коклюшный токсин препятствует ингибированию аденилатциклазы. Бактериальные токсины послужили ценным инструментом для изучения функции G-белков.