การส่งสัญญาณ

การส่งสัญญาณคือกระบวนการทางเคมีของการเปลี่ยนสัญญาณที่ตรวจจับได้ที่ตัวรับให้เป็นลูกโซ่ของเหตุการณ์ระดับโมเลกุลภายในเซลล์ที่ก่อให้เกิดการตอบสนองของเซลล์

Definition

การส่งสัญญาณคือกระบวนการที่การกระตุ้นตัวรับถูกส่งผ่านโปรตีนตัวกลางและโปรตีนตัวกระตุ้น ซึ่งมักจะผ่านการเปลี่ยนแปลงโครงสร้าง, การไฮโดรไลซิส GTP และการฟอสโฟรีเลชันของโปรตีน เพื่อสร้างการตอบสนองภายในเซลล์

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมถึงโครงสร้างของวิถีการส่งสัญญาณ, กลุ่มตัวรับหลัก ได้แก่ ตัวรับที่จับกับโปรตีน G และตัวรับไทโรซีนไคเนส, บทบาทของโปรตีน G ในฐานะสวิตช์โมเลกุล, การส่งสัญญาณแบบฟอสโฟรีเลชัน, และกลไกที่ยุติและรีเซ็ตการส่งสัญญาณ

Core questions

• ตัวรับที่จับกับโปรตีน G ส่งสัญญาณข้ามเยื่อหุ้มเซลล์ได้อย่างไร?
• โปรตีน G ทำหน้าที่เป็นสวิตช์โมเลกุลได้อย่างไร?
• ตัวรับไทโรซีนไคเนสเริ่มต้นการส่งสัญญาณได้อย่างไร?
• อะไรที่ยุติการส่งสัญญาณแบบลูกโซ่?

Key theories

โปรตีน G ในฐานะสวิตช์โมเลกุล

กิลแมนและคณะได้ยืนยันว่าโปรตีนที่จับกับ GTP จะสลับไปมาระหว่างสถานะที่จับกับ GTP ที่ทำงานอยู่และสถานะที่จับกับ GDP ที่ไม่ทำงาน โดยส่งสัญญาณจากตัวรับไปยังตัวกระตุ้นและปิดการทำงานผ่านการไฮโดรไลซิส GTP ภายในตัว

Mechanisms

การจับของลิแกนด์จะเปลี่ยนโครงสร้างของตัวรับ; ตัวรับที่จับกับโปรตีน G จะเร่งปฏิกิริยาการแลกเปลี่ยน GDP เป็น GTP บนโปรตีน G ซึ่งหน่วยย่อยที่ถูกกระตุ้นจะควบคุมเอนไซม์ตัวกระตุ้นจนกระทั่ง GTP ถูกไฮโดรไลซ์กลับเป็น GDP ในทางกลับกัน ตัวรับไทโรซีนไคเนสจะรวมตัวเป็นไดเมอร์และเกิดการฟอสโฟรีเลชันตัวเอง สร้างตำแหน่งเชื่อมต่อที่ประกอบรวมสารเชิงซ้อนการส่งสัญญาณและเริ่มการส่งสัญญาณแบบฟอสโฟรีเลชัน แต่ละขั้นตอนสามารถขยายสัญญาณได้ และการไฮโดรไลซิส GTP, ฟอสฟาเทส และการลดความไวของตัวรับจะทำให้ระบบกลับสู่สถานะพัก

Clinical relevance

การส่งสัญญาณแสดงให้เห็นถึงการสลับและการจดจำระดับโมเลกุลที่เป็นหัวใจสำคัญของชีวเคมี และเป็นพื้นฐานแนวคิดสำหรับการออกแบบโพรบโมเลกุล การรักษานี้เป็นไปตามกลไกและไม่เป็นการสั่งยา

History

รอดเบลล์เสนอหลักการตัวรับ-ตัวกลาง-ตัวกระตุ้น; กิลแมนระบุและจำแนกโปรตีน G; และงานวิจัยต่อมา รวมถึงของเลฟโควิทซ์เกี่ยวกับโครงสร้างและการควบคุมตัวรับ ได้ให้รายละเอียดว่าตัวรับเหล่านี้ถูกกระตุ้นและลดความไวได้อย่างไร

Key figures

• Alfred Gilman
• Martin Rodbell
• Robert Lefkowitz

Seminal works

• gilman1987
• nelson2021

Frequently asked questions

โปรตีน G คืออะไร?

โปรตีน G คือโปรตีนที่จับกับ GTP ซึ่งทำหน้าที่เป็นสวิตช์โมเลกุล โดยจะทำงานเมื่อจับกับ GTP และไม่ทำงานเมื่อไฮโดรไลซ์ GTP เป็น GDP ซึ่งจะส่งสัญญาณจากตัวรับไปยังตัวกระตุ้นปลายน้ำ

ตัวรับไทโรซีนไคเนสแตกต่างจากตัวรับที่จับกับโปรตีน G อย่างไร?

ตัวรับไทโรซีนไคเนสมีกิจกรรมของเอนไซม์ในตัวและส่งสัญญาณโดยการรวมตัวเป็นไดเมอร์และฟอสโฟรีเลชันไทโรซีน ในขณะที่ตัวรับที่จับกับโปรตีน G ส่งสัญญาณทางอ้อมโดยการกระตุ้นโปรตีน G ที่แยกต่างหาก