Komórkowa reakcja na stres
Komórkowa reakcja na stres to szeroki zakres zmian molekularnych , którym podlegają komórki w odpowiedzi na stresory środowiskowe , w tym ekstremalne temperatury, ekspozycję na toksyny i uszkodzenia mechaniczne. Komórkowe reakcje stresowe mogą być również spowodowane przez niektóre infekcje wirusowe. Różne procesy związane z komórkowymi reakcjami na stres służą adaptacyjnemu celowi ochrony komórki przed niekorzystnymi warunkami środowiskowymi, zarówno poprzez mechanizmy krótkoterminowe, które minimalizują ostre uszkodzenia ogólnej integralności komórki, jak i poprzez mechanizmy długoterminowe, które zapewniają komórce miarę odporności na podobne niekorzystne warunki.
Charakterystyka ogólna
W odpowiedzi na stres komórkowy pośredniczą przede wszystkim białka klasyfikowane jako białka stresowe . Białka stresu są często dalej podzielone na dwie ogólne kategorie: te, które są aktywowane tylko przez stres, lub te, które biorą udział zarówno w reakcjach stresowych, jak iw normalnym funkcjonowaniu komórek. Zasadniczy charakter tych białek stresu w promowaniu przeżycia komórek przyczynił się do tego, że są one niezwykle dobrze konserwowane we wszystkich typach, przy czym prawie identyczne białka stresu ulegają ekspresji w najprostszych komórkach prokariotycznych, jak również w najbardziej złożonych komórkach eukariotycznych.
Białka stresowe mogą wykazywać bardzo zróżnicowane funkcje w komórce - zarówno podczas normalnych procesów życiowych, jak iw odpowiedzi na stres. Na przykład badania na Drosophila wykazały, że gdy DNA kodujący pewne białka stresowe wykazuje defekty mutacji, powstałe komórki mają upośledzone lub utracone zdolności, takie jak normalny podział mitotyczny i degradacja białek za pośrednictwem proteasomu . Zgodnie z oczekiwaniami, takie komórki były również bardzo podatne na stres i przestawały być zdolne do życia w podwyższonych zakresach temperatur.
Chociaż w szlakach odpowiedzi na stres pośredniczą różne sposoby w zależności od zaangażowanego stresora, typu komórki itp., ogólną cechą wielu szlaków – zwłaszcza tych, w których głównym stresorem jest ciepło – jest to, że są one inicjowane przez obecność i wykrycie zdenaturowanych białek . Ponieważ warunki takie jak wysokie temperatury często powodują denaturację białek, mechanizm ten umożliwia komórkom określenie, kiedy są one poddawane działaniu wysokiej temperatury bez potrzeby stosowania wyspecjalizowanych białek termoczułych. [ Potrzebne źródło ] Rzeczywiście, jeśli komórka w normalnych (czyli niestresowanych) warunkach ma sztucznie wstrzyknięte zdenaturowane białka, wywoła to reakcję stresową.
Reakcja na ciepło
_CROPPED.jpg)
Reakcja na szok cieplny obejmuje klasę białek stresowych zwanych białkami szoku cieplnego . Mogą one pomóc w obronie komórki przed uszkodzeniem, działając jako „chaperony” w fałdowaniu białek, zapewniając, że białka przyjmą niezbędny kształt i nie ulegną denaturacji. Ta rola jest szczególnie istotna, ponieważ podwyższona temperatura sama w sobie zwiększyłaby stężenie zniekształconych białek. Białka szoku cieplnego mogą również uczestniczyć w oznaczaniu zniekształconych białek do degradacji za pomocą ubikwitynowych .
Reakcja na toksyny
Wiele toksyn ostatecznie aktywuje podobne białka stresowe pod wpływem ciepła lub innych szlaków wywołanych stresem, ponieważ niektóre rodzaje toksyn dość często osiągają swoje efekty – przynajmniej częściowo – poprzez denaturację ważnych białek komórkowych. Na przykład wiele metali ciężkich może reagować z białkami stabilizującymi grupy sulfhydrylowe , powodując zmiany konformacyjne. Inne toksyny, które bezpośrednio lub pośrednio prowadzą do uwalniania wolnych rodników, mogą generować nieprawidłowo sfałdowane białka.
Aplikacje
Wczesne badania sugerują, że komórki, które są w stanie lepiej syntetyzować białka stresowe i robią to w odpowiednim czasie, są w stanie lepiej znosić uszkodzenia spowodowane przez niedokrwienie i reperfuzję . Ponadto wiele białek stresu pokrywa się z odpornościowymi . Te podobieństwa mają zastosowania medyczne w zakresie badania struktury i funkcji zarówno białek odpornościowych, jak i białek stresu, a także roli, jaką każde z nich odgrywa w zwalczaniu chorób.