מעבר אותות

מעבר אותות (באנגלית: Signal transduction) הוא כל תהליך אשר בו תא ממיר סוג אחד של אות או דחף לאחר.

מרבית תהליכי מעבר האותות מערבים בתוכם סדרה רציפה של תגובות ביוכימיות בתוך התא, אשר מבוצעות על ידי אנזימים והפעלה של שליחים שניוניים, ומסתיימות בהפיכת חומר אחד לאחר. רוב התהליכים הם מהירים החל ממילישניות במקרים של שטף יונים, דקות להפעלת חלבונים ותיווך ליפידים בקסקאדת קינאז, עד שעות ואפילו ימים לביטוי גנים.

אחדים מן האותות הם זמניים, כך שהשינוי בתפקוד התא נמשך זמן מוגבל בלבד לאחר קבלת האות, וישנם גם אותות הגורמים לשינוי קבוע בתא, וידועים כ"גורמי התמיינות".

מספר החלבונים והמולקולות הנוספות המשתתפים בתהליכים המערבים מעבר אותות הולך וגדל ככל שהתהליך מתקדם. זאת במיוחד במקרים של "קסקאדת אותות" (signal cascade), שבה האותות הראשוניים עוברים הגברה משמעותית ובסיום התהליך ישנה תגובה נרחבת של מספר מערכות. חלבון G וטירוסין קינאז הם דוגמאות לחלבונים המשתתפים במעבר אותות.

ככלל, למעבר אותות דרושה מולקולת אות, העשויה להיות חלבון, הורמון, גורם גידול או חומר אחר, ודרוש קולטן, שהוא חלבון טראנסממברנלי או ציטוזולי, אשר אליו תיקשר מולקולת האות. לרוב, הקישור בין מולקולת האות לקולטן מוביל להפעלה של שליחים שניוניים, שבסופו של דבר יפעילו או ישתקו חלבונים מסוג מסוים. ההשפעה על חלבון המטרה עשויה להיות ישירות על הפעלתו (באמצעות זרחון, חסימת אתר פעיל וכדומה), באמצעות השפעה על פירוקו, או בהשפעה על שעתוקו.

תיאור סכימתי מפושט של מסלולי מעבר אותות מרכזיים ביונקים

שליח שניוני

השליחים השניוניים (סיגנלים שניוניים) הם מערכת בפיזיולוגית התא בה מתבצעת העברת מידע, אותות תאיים על ידי מולקולת סיגנל ראשונית, חיצונית מבלי שתכנס לתוך התא. קישור חוץ תאי של הסיגנל מתועל לקסקדת אירועים שגורמת לשינויים רבים ומשפיעה על תהליכים תוך תאיים. סוגי שליחים שניוניים: יונים, ליפידים, סוכרים ו־Camp, cAMP. כולן מולקולות קטנות. לא כל רצפטור יוצר שליח שניוני. דוגמאות: גלוקגון.

חלבון G

חלבוני G הם חלבונים השייכים לקבוצת אנזימי GTPases ומשתתפים במסלולי מעבר אותות בתא (מסלולי בקרה תוך תאיים אשר מופעלים בתגובה לאותות חיצוניים). שמם נגזר מיכולתם לקשור GTP (השם המלא הוא guanine nucleotide-binding proteins, ובקיצור חלבוני G). חלבוני G מתווכים תהליכים רבים ברמה התאית. ישנם כ-1,000 קולטנים שונים בגוף האדם המשתמשים בחלבוני G לצורך העברת אותות אל פנים התא. בין יתר פעילויותיהן, ניתן לציין כדוגמה כי חלבוני G מעורבים במסלולי הבקרה מסרים הנקלטים מפוטונים, ריחות, הורמונים ונוירוטרנסמיטורים לכיוון גרעין התא.

אלפרד גילמן ומרטין רודבל היו חוקרים אשר גילו וחקרו את החלבון ועל כך הוענק להם פרס נובל בשנת 1994.

דוגמה לקולטנים טראנסממברנליים, VEGF, הורמון גדילה האחראי על התפתחות כלי דם

טירוזין קינאז

קולטני טירוזין קינאז (Receptor tyrosine kinases-RTKs) הם חלבונים טראנסממברנאליים בעלי מתחם (אזור) קינאז תוך תאי (intracellular) ובעלי מתחם חוץ-תאי (extracellular) הקשורים לליגנד. קיימים חלבוני RTK המחולקים לתת-משפחות בהתאם לתכונות המבניות והליגנד הספציפיים. אלה כוללים הרבה פקטורי גדילה כדוגמת רצפטור האינסולין, וקולטנים רבים נוספים. כדי להפיק אותות ביוכימיים ,RTK צריכים ליצור דימרים בממברנת הפלסמה, הדימרים מתייצבים בקישור לליגנד על ידי הקולטן.

גורמים תוך תאיים

פעמים רבות, המשך מעבר האות מתבצע על ידי גורמים ציטוזוליים כגון סרין- תראונין קינאזות, המזרחנות חלבונים אחרים, או פוספטאזות, המסירות קבוצות זרחן. תוצאת הזרחון עשויה להיות הפעלה או שיתוק של חלבון, אם על ידי השפעה מרחבית על מבנהו, אם באמצעות יצירת דימרים, ואפשרויות נוספות. רבים מהסיגנלים מפעילים פקטורי שעתוק, הגורמים ליצירתם של חלבונים מסוימים. בסופו של תהליך, יצירת חלבונים, הפעלתם, או מניעת יצירתם והפעלתם, גורמים לשנוי בתפקוד הפנימי, ולעיתים החיצוני, של התא.

קישורים חיצוניים

• ארז גרטי, תקשורת תאית – שלב אחרי שלב, במדור "מאגר המדע" באתר של מכון דוידסון לחינוך מדעי, 8 ספטמבר 2009
• תהליך אתות תאי, דף שער בספרייה הלאומית