A sejt - nagyon régi ez a hasonlat - miniatürizált vegyi kombinát. A szünet nélkül folyó szintézisek és lebontások - az anyagcsere-folyamatok - bonyolult rendszerének összehangolása és szabályozása a sejt nyersanyag- és energiaigényeihez igazítása, hasonlóan bonyolult információs rendszert feltételez. A gén működésével kapcsolatban már volt szó a sejten belüli szabályozó folyamatokról. Ezekben a végtermékgátlás mellett - ami az egyik legfontosabb negatív visszacsatoláson alapuló önszabályozó mechanizmus - igen nagy szerepet játszanak az úgynevezett szignálpeptidek, olyan fehérjék vagy fehérjékbe beépült aminosav-szekvenciák, amelyek fokozzák vagy fékezik az enzimfehérjék működését. Termelésüket a DNS irányítja, amit viszont az anyagcsere-folyamatokból származó információk serkentenek vagy gátolnak.
A szervezet információs rendszerei is állandó kapcsolatban vannak a sejtekkel, s üzeneteiket kémiai jelek közvetítik. A hírnökmolekulák az esetek többségében nem jutnak be a sejtbe. A sejtmembrán megállítja őket, az információkat fajlagos receptorok veszik át (a sejt felszínén nagyon sok jelfogó, receptor található), bejuttatják a sejtbe, átadják a másodlagos hírvivőknek, s azok viszik el végül rendeltetési helyükre. A sejt elemei azután a megfelelő reakcióval válaszolnak, izom-összehúzódást, az anyagcsere megváltozását, a kiválasztás fokozását vagy csökkenését idézik elő.
A plazmamembrán, mint láttuk, lipidmolekulákból álló kettős réteg. Ez alkotja az alapot, mátrixot, amelybe a membránra jellemző sajátságos fehérjék ágyazódnak (“fehérjekészülék”). Ezek biztosítják a membrán fajlagos működését. Kettős feladatot látnak el: egyrészt gondoskodnak a tápanyagoknak a be-, a salakanyagoknak, valamint a sejt saját termékeinek a kijutásáról és az energiacseréről, másrészt lebonyolítják az információ-közvetítést. Az előbbi feladatuknak úgy tesznek eleget, hogy csatornákat hoznak létre az ionok és molekulák részére, s az elektronokat, protonokat “átszivattyúzzák” a membránon. Az információátvitelt pedig úgy hajtják végre, hogy megváltoztatják saját struktúrájukat, térbeli elrendezésüket, ami egyben működésbeli változást is jelent, a változásokat átadják a velük kapcsolatban levő fehérjéknek, s azok továbbítják a másodlagos hírvivőknek.
A másodlagos hírvivők kis molekulák vagy ionok, amelyek könnyen és gyorsan mozognak a sejt belsejében, s így az információkat gyorsan eljuttatják a “címzettekhez”.
Az eddigi ismeretek szerint - bár a szabályozott folyamatok száma nagy - csak néhány fajta másodlagos hírvivő létezik: ciklikus adenozin-monofoszfát (cAMP), inozitol-trifoszfát (IP3), diacil-glicerol (DG) és a legfontosabb, a kálciumion. Képletüket a 14. ábrán láthatjuk.
14. ábra. A sejt másodlagos hírvivői.
A sejtben az információs csatornák két fő típusát ismerjük. Az egyikben a cAMP a másodlagos hírvivő. A külső jel, pl. az adrenalin, a receptor molekulájának adja át az információt (hozzákötődve bizonyos szerkezeti módosulásokat idéz elő rajta), s ez a maga részéről a membránban található úgynevezett G-fehérje módosításával juttatja be a sejt belsejébe. (Azokat a fehérjéket nevezik G-fehérjéknek, G-proteineknek, amelyek csak akkor fejtik ki hatásukat, ha guanozin-trifoszfát (GTP) kötődik hozzájuk.)
15. ábra. Információforrás a sejtben. (Forrás: Berridge, 1985)
A G-protein aktivizálja a sejtmembrán belső falához kötődő enzimet (adeniláltciklázt). Az enzim az adenozin-trifoszfátból cAMP-ot állít elő, a cAMP egy A-kináz - proteinkináz - nevű enzimet fog munkába, az foszforizál egy speciális fehérjét (pl. a lipáz nevű másik enzimet, amely a lipidekben megindítja az energia felszabadítását). Itt is, mint minden információs folyamatban, kis energia-befektetés nagy hatást vált ki. Az információs folyamat akkor áll meg, amikor a GTPáz enzim elbontja a G-fehérje GTP-vel alkotott komplexét. Az információs láncba hiba is csúszhat. A kolerabacilus toxinja például gátolja a GTPáz működését, a komplex nem bomlik el, s így a sejt akkor is termeli a cAMP-ot, amikor nincs rá külső utasítás. A következmény: a cAMP a bélsejtekben folyamatosan aktiválja a folyadékok kiválasztását, s ez okozza a kolerás betegek súlyos hasmenését.
Sok esetben a cAMP nem közvetlenül fejti ki hatását, hanem a kalciumionon keresztül. A kalciumion aktiválásával a másik információs csatorna lép működésbe.
Ebben a csatornában a következő folyamatok mennek végbe: a receptor az információt, amelyet egy külső jel (pl. az acetil-kolin) közvetít, szintén egy G-proteinnek adja át, de az most egy más enzimet, a foszfo-dieszterázt aktiválja. Az enzim egy nagyon bonyolult nevű vegyületből, a foszfatidil-inozitol-4,5-bifoszfátból IP3-at és DG-t állít elő. Az IP3 kalciumionokat “mozgósít”, s azok olyan fehérjéket aktiválnak, amelyek izom-összehúzódást váltanak ki. A folyamat az izomsejtekben megy végbe.
A fentiekben vázlatosan ismertetett információs csatornákon olyan jelek, információk is közlekednek, amelyek a DNS szintézisét befolyásolják, s ezáltal szabályozzák a növekedést és a fejlődést. A tudósok komolyan fontolgatják annak a lehetőségét - s erre már közvetett bizonyítékok is vannak -, hogy az információs csatornákban beálló zavarok, hibák - azáltal, hogy megzavarják a sejtszaporodás normális szabályozását - okai lehetnek a rák kialakulásának (Berridge, 1985).
Nem minden jelhordozó áll meg a sejtmembrán előtt. A szteroid típusú hormonok és a pajzsmirigy hormonjai bejutnak a sejtbe és a citoplazmában található citoszol receptorokhoz kötődve a sejtmagba is, s ott fejtik ki hatásukat a kromatinra.
|
