---
title: "الرسل الكيميائية ونقل الإشارة"
book: "الأحياء الجامعية — السنة الثانية"
subject: biology
language: ar
chapter: 19
exercises: 12
source: https://one-course.com/books/biology/4/ar/chapter/19-chemical-messengers-and-signal-transduction
---

# الفصل 19 — الرسل الكيميائية ونقل الإشارة

جزيء واحد من الأدرينالين، إذ يصل إلى سطح خلية كبدية، لا يدخلها قط. بل يرتبط ببروتين على الخارج، فيغير تشكيل البروتين، وفي غضون ثانية تكون الخلية قد صنعت عشرة آلاف جزيء من رسول ثانٍ، وفعّلت مئة ألف جزيء إنزيمي، وبدأت تطلق مليون جزيء من الغلوكوز — وهي سلسلة تضخيم طولها مليون ضعف، بدأتها إشارة بقيت خارج الباب. وهذا الفصل في الرسل التي ترسلها الخلايا بعضها إلى بعض، وفي كيف تحوّل الخلية رسالةً على سطحها إلى تغير في كيميائها أو مورّثاتها أو شكلها: المستقبلات، والرسل الثواني، وشلالات الكينازات، والتصميمين — الإشارة السريعة الموصولة بأسلاك في الأعصاب والإشارة البطيئة المذاعة في الهرمونات — اللذين يجري تقابلهما في بقية هذا الكتاب.

## 19.1 الرسل

**تعريف 19.1 (أصناف الإشارة الكيميائية).**

تشير خلية إلى أخرى بجزيء مفروز، هو *رسول* أو *ربيطة*، يرتبط *بمستقبِل* على الهدف أو فيه. فبحسب المدى: الإشارة *الصماوية*، ويُطلق فيها *هرمون* في الدم من غدة فيبلغ كل خلية في الجسم، ولا يفعل إلا في التي تحمل المستقبل، على مدى دقائق إلى ساعات (الأنسولين، والكورتيزول، والأدرينالين، والثيروكسين)؛ والإشارة *النظيرة الصماوية*، وينتشر فيها الرسول إلى الخلايا المجاورة في حدود مليمتر ويُتلَف في الطريق (عوامل النمو، والهيستامين، والبروستاغلاندينات، ومولدات الشكل في [الفصل 10](https://one-course.com/books/biology/4/ar/chapter/10-embryonic-development-of-vertebrates#ch-b2-vertebrate-development))؛ و*الذاتية*، وفيها تشير الخلية إلى نفسها؛ و*المشبكية*، ويطلق فيها عصبون *ناقلًا عصبيًا* عبر فجوة $20\,\mathrm{nm}$ على خلية هدف واحدة، في مليثانية ([الفصل 20](https://one-course.com/books/biology/4/ar/chapter/20-neurons-action-potentials-and-synapses#ch-b2-neurons-synapses)). وبحسب الكيمياء: الرسل *الذائبة في الماء* — ومنها مشتقات الحموض الأمينية كالأدرينالين، والببتيدات والبروتينات كالأنسولين — لا تستطيع عبور الغشاء وتفعل في مستقبلات سطحية؛ والرسل *الذائبة في الدسم* — أي الستيروئيدات (الكورتيزول، والإستراديول، والتستوستيرون)، والثيروكسين، وحمض الريتينوئيك، وأكسيد النتريك — تعبره وتفعل في مستقبلات في الداخل. والجملتان الصماوية والعصبية هما الطريقان اللذان ينسق بهما جسم من $10^{13}$ خلية نفسه: فالأولى تذيع ببطء إلى الجميع، والأخرى توصل سلكًا بسرعة إلى واحد.

![ثلاثة مديات للإشارة الكيميائية: هرمون يذيعه الدم إلى كل خلية تحمل مستقبله؛ وعامل نظير صماوي يبلغ جيرانه؛ وناقل عصبي يُسلَّم عبر مشبك إلى خلية واحدة.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-4/b2-cell-signalling/fig-684008c64c68.svg)

*ثلاثة مديات للإشارة الكيميائية: [هرمون](#def-b2-cell-signalling-kinds) يذيعه الدم إلى كل خلية تحمل مستقبله؛ وعامل نظير صماوي يبلغ جيرانه؛ [وناقل عصبي](#def-b2-cell-signalling-kinds) يُسلَّم عبر مشبك إلى خلية واحدة.*

**مبرهنة 19.2 (إشغال المستقبلات).**

يرتبط المستقبل $R$ بربيطته $L$ ارتباطًا عكوسًا، $R + L
\rightleftharpoons RL$، وله *ثابت تفكك* $K_d =
[R][L]/[RL]$. وعند التوازن يكون كسر المستقبلات المشغولة

$$
\theta = \frac{[RL]}{[R]_{\text{الكلي}}} = \frac{[L]}{K_d + [L]},
$$

وهو القطع الزائد نفسه الذي لإشباع إنزيم. و$K_d$ هو التركيز الذي يُشغل عنده نصف المستقبلات، وهو مقياس *الألفة*: فكلما انخفض اشتد الارتباط. ولمستقبلات الهرمونات $K_d$ في مجال النانومول إلى البيكومول، مطابق للتراكيز التي تدور بها الهرمونات ($10^{-12}$ إلى $10^{-9}$ mol/L): فعند $[L] = K_d/10$ يُشغل العُشر، وعند $10K_d$ تسعة أعشار. ولا تستطيع خلية أن تستجيب [لهرمون](#def-b2-cell-signalling-kinds) لا تملك مستقبلات له، وهي تعاير حساسيتها بتغيير عدد المستقبلات، أو — كما في [الفصل 9](https://one-course.com/books/biology/4/ar/chapter/9-hormonal-control-of-reproduction#ch-b2-reproductive-hormones) — بسحبها حين يكون [الهرمون](#def-b2-cell-signalling-kinds) حاضرًا على الدوام.

**برهان.** بوضع $[R] = [R]_{\text{الكلي}} - [RL]$ يكون $K_d = ([R]_{\text{الكلي}} -
[RL])[L]/[RL]$، ومن ثم $[RL](K_d + [L]) = [R]_{\text{الكلي}}[L]$، وهي الصيغة المطلوبة. وهي عبارة ميكاييليس–منتن في مجلد السنة الأولى دون الخطوة الحفزية. ∎

![إشغال المستقبلات في مقابل تركيز الربيطة على مقياس لوغاريتمي: فاستجابة الخلية تمتد من العُشر إلى تسعة أعشار على مدى مئة ضعف من التركيز متمركز على K_d.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-4/b2-cell-signalling/fig-147771ec9809.svg)

*[إشغال المستقبلات](#thm-b2-cell-signalling-occupancy) في مقابل تركيز الربيطة على مقياس لوغاريتمي: فاستجابة الخلية تمتد من العُشر إلى تسعة أعشار على مدى مئة ضعف من التركيز متمركز على $K_d$.*

## 19.2 المستقبلات على السطح

**قضية 19.3 (المستقبلات المقترنة ببروتين G وAMP الحلقي).**

أكبر أسرة من المستقبلات — ونحو $800$ مورّثة في الإنسان، للهرمونات والنواقل العصبية والروائح والضوء — بروتينات تعبر الغشاء سبع مرات. وارتباط ربيطة في الخارج يغير تشكيلها في الداخل، حيث تفعّل *[بروتين G](#prop-b2-cell-signalling-gpcr)*: وهو مفتاح من ثلاث وحيدات يستبدل GTP بما لديه من GDP، وينشطر، وينظم، في الصورة التي يرتبط فيها بجزيء GTP، إنزيمًا منفِّذًا ثواني قليلة قبل أن يحلمه ويطفئ نفسه. والمنفِّذ الكلاسيكي *أدنيلات سيكلاز*، وهي تصنع *[AMP الحلقي](#prop-b2-cell-signalling-gpcr)* من ATP: وهو *رسول ثانٍ* صغير قابل للانتشار يرتفع تركيزه في ثوانٍ من $0.1\,\text{µ}\mathrm{mol}/\mathrm{L}$ إلى عدة ميكرومولات ويفعّل *[كيناز البروتين A](#prop-b2-cell-signalling-gpcr)*، وهو إنزيم يفسفر — فيشغّل أو يطفئ — عشرات البروتينات الهدف. وتنهي الإشارةَ الفوسفودي إستيراز، التي تتلف [AMP الحلقي](#prop-b2-cell-signalling-gpcr)، والفوسفاتازات، التي تنزع الفوسفات. والأدرينالين على خلية كبدية يفعل هكذا: مستقبل $\to$ [بروتين G](#prop-b2-cell-signalling-gpcr) $\to$ سيكلاز $\to$ AMP حلقي $\to$ كيناز A $\to$ كيناز الفسفوريلاز $\to$ فسفوريلاز الغليكوجين $\to$ غلوكوز. والغلوكاغون يسلك الطريق نفسه؛ وبروتينات G أخرى تثبط السيكلاز، أو تفعّل الفوسفوليباز C، الذي يطلق رسولين ثانيين آخرين، *ثلاثي فوسفات الإينوزيتول* — الذي يفتح مخازن الكالسيوم — وثنائي أسيل الغليسرول.

**شواهد.** بيّن ساذرلاند (1957) أن الأدرينالين المضاف إلى مُحال كبدي لا يطلق الغلوكوز إلا إذا كانت الأغشية حاضرة، وأن الأغشية تنتج عاملًا ثابتًا للحرارة يفعّل وحده الفسفوريلاز في الجزء الخالي من الأغشية، وأن ذلك العامل هو [AMP الحلقي](#prop-b2-cell-signalling-gpcr) — وهو أول رسول ثانٍ، وأول برهان على أن [الهرمون](#def-b2-cell-signalling-kinds) يفعل عند سطح الخلية عبر وسيط داخل الخلية. ووجد رودبل وغيلمان (في السبعينيات) أن السيكلاز يحتاج GTP وعزلا [بروتين G](#prop-b2-cell-signalling-gpcr) الذي يحمل الإشارة بين المستقبل والإنزيم؛ وذيفان الكوليرا، الذي يقفل [بروتين G](#prop-b2-cell-signalling-gpcr) في حالته المشتغلة، يجعل الأمعاء تفرز لترات من السائل في اليوم — فالمرض خلل في الإشارة. ∎

![طريق AMP الحلقي من الأدرينالين إلى الغلوكوز. وكل مرحلة تفعّل نسخًا كثيرة من التالية: فجزيء هرمون واحد ينتهي إلى مليون جزيء من الناتج.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-4/b2-cell-signalling/fig-4fee4b72981d.svg)

*طريق [AMP الحلقي](#prop-b2-cell-signalling-gpcr) من الأدرينالين إلى الغلوكوز. وكل مرحلة تفعّل نسخًا كثيرة من التالية: فجزيء [هرمون](#def-b2-cell-signalling-kinds) واحد ينتهي إلى مليون جزيء من الناتج.*

**مبرهنة 19.4 (التضخيم في شلال).**

إذا كانت كل مرحلة من $n$ مراحل شلال تفعّل $a$ جزيئًا من التالية في أثناء عمر تفعيلها هي، فإن جزيئًا واحدًا من الرسول ينتج $a^{n}$ جزيئًا من الناتج النهائي. فبأربع مراحل مضخِّمة ربح كل منها مئة — مستقبل يفعّل مئة [بروتين G](#prop-b2-cell-signalling-gpcr)، وسيكلاز يصنع مئة AMP حلقي، وكيناز يفسفر مئة إنزيم، وإنزيم يطلق مئة جزيء غلوكوز — يكون $a^{n} = 10^{8}$؛ وهو في الواقع مليون أو نحوه، في ثوانٍ قليلة، من [هرمون](#def-b2-cell-signalling-kinds) عند $10^{-9}$ mol/L. والتضخيم هو سبب فعالية الهرمونات عند تراكيز أدنى بمليون مرة من تراكيز المستقلبات التي تتحكم فيها، وسبب وجوب إطفاء الشلال عند كل مرحلة: فمضخِّم لا يمكن إطفاؤه مرض (الكوليرا، وكثير من السرطانات التي يُقفل فيها بروتين إشارة على وضع التشغيل).

**برهان.** تنتج المرحلة الأولى $a$ جزيئًا فعالًا؛ وينتج كل منها $a$ في المرحلة الثانية، فيصير $a^{2}$؛ وبالتدريج يصير $a^{n}$ بعد $n$ مرحلة. وربح كل مرحلة هو عدد دورات الركيزة التي يحققها حفّاز مفعَّل قبل أن يُبطَل: أي معدله الحفزي مضروبًا في عمره الفعال. ∎

**قضية 19.5 (مستقبلات كيناز التيروزين والكالسيوم).**

وأسرة ثانية من مستقبلات السطح — للأنسولين، ولعوامل النمو التي تسوق انقسام الخلايا، ولإشارات الاستمالة في النماء — هي *مستقبلات [كيناز التيروزين](#prop-b2-cell-signalling-rtk)*: وهي بروتينات أحادية العبور، إذا جمعت ربيطتها اثنين منها فسفر كل منهما الآخر على التيروزينات فأنشآ مواقع رسوّ لطائفة من البروتينات الموائمة. ومن هذه تنطلق عدة شلالات معًا: سلسلة من ثلاثة كينازات (شلال كيناز MAP) تنتهي في النواة وتشغّل مورّثات النمو؛ وكيناز دسم يجنّد ناتجُه الكينازَ الذي يتوسط آثار الأنسولين الاستقلابية — أي نقل ناقلات الغلوكوز إلى الغشاء، وتشغيل اصطناع الغليكوجين؛ وغيرها. والرسول الثاني الثالث العام هو *الكالسيوم*: يُمسك في الهيولى عند $0.1\,\text{µ}\mathrm{mol}/\mathrm{L}$، أي أدنى بعشرة آلاف مرة من الخارج، فيندفع داخلًا عبر قنوات تفتحها إشارة أو فولطية، أو خارجًا من الشبكة الهيولية الباطنة جوابًا لثلاثي فوسفات الإينوزيتول، فيرتفع إلى الميكرومول في مليثوان؛ وإذا ارتبط *بالكالمودولين* فعّل كينازات ومضخات، وإذا ارتبط بالتروبونين أطلق التقلص ([الفصل 21](https://one-course.com/books/biology/4/ar/chapter/21-muscle-contraction-and-motor-function#ch-b2-muscle-movement)). وتعيده المضخات إلى المخازن في غضون ثانية. ومهما يكن المستقبل، فداخل الخلية يتكلم لغات قليلة — [AMP الحلقي](#prop-b2-cell-signalling-gpcr)، والكالسيوم، والفسفرة — والنوعية في أي البروتينات يملكها كل نمط خلوي لتفعل فيها.

![الشلال في العمل. الفزع يطلق الأدرينالين من لب الكظر؛ وفي غضون ثوانٍ يتسارع القلب، ويصب الكبد الغلوكوز، وتتسع الطرق الهوائية — رسول واحد، ومستقبلات عدة، وتضخيم بمليون ضعف في كل خلية.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-4/b2-cell-signalling/img-50847c5bdceb.jpg)

*الشلال في العمل. الفزع يطلق الأدرينالين من لب الكظر؛ وفي غضون ثوانٍ يتسارع [القلب](https://one-course.com/books/biology/4/ar/chapter/17-the-heart-and-the-cardiac-cycle#def-b2-heart-anatomy)، ويصب الكبد الغلوكوز، وتتسع الطرق الهوائية — رسول واحد، ومستقبلات عدة، وتضخيم بمليون ضعف في كل خلية.*

## 19.3 المستقبلات في الداخل

**قضية 19.6 (المستقبلات النووية).**

تنتشر الستيروئيدات والثيروكسين وحمض الريتينوئيك والفيتامين D عبر الغشاء وترتبط بمستقبلات في الهيولى أو النواة هي نفسها *[عوامل استنساخ](https://one-course.com/books/biology/4/ar/chapter/12-cell-differentiation-the-skeletal-muscle-cell#prop-b2-cell-differentiation-transcriptional)*: فمعقد [الهرمون](#def-b2-cell-signalling-kinds) والمستقبل يرتبط بمتواليات معينة من DNA ويشغّل مورّثاته الهدف أو يطفئها. والاستجابة بطيئة — من دقائق إلى ساعات لصنع mRNA والبروتين — ودائمة: فالكورتيزول يستحث إنزيمات توليد الغلوكوز ساعات، والإستراديول يبني [بطانة الرحم](https://one-course.com/books/biology/4/ar/chapter/9-hormonal-control-of-reproduction#def-b2-reproductive-hormones-cycle) على مدى أيام، والتستوستيرون يصنع العضل على مدى أسابيع، والثيروكسين يقرر معدل استقلاب كل خلية. ولبعض الستيروئيدات أيضًا أفعال سريعة عبر مستقبلات سطحية، وبعض الطرق السطحية تبلغ النواة أيضًا (شلال كيناز MAP)، فالتمييز ليس مطلقًا؛ لكن القاعدة قائمة: إن الرسول الذائب في الدسم يغير ما *هي* الخلية بتغيير مورّثاتها، بينما الذائب في الماء يغير ما *تفعله* بتغيير إنزيماتها.

![تصميمان. الرسول الذائب في الماء يفعل عند السطح ويغير فعالية الإنزيمات في غضون ثوانٍ؛ والذائب في الدسم يدخل، ويرتبط بمستقبل هو عامل استنساخ، فيغير التعبير المورّثي على مدى ساعات.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-4/b2-cell-signalling/fig-c3ec36b6e9ce.svg)

*تصميمان. الرسول الذائب في الماء يفعل عند السطح ويغير فعالية الإنزيمات في غضون ثوانٍ؛ والذائب في الدسم يدخل، ويرتبط بمستقبل هو [عامل استنساخ](https://one-course.com/books/biology/4/ar/chapter/12-cell-differentiation-the-skeletal-muscle-cell#prop-b2-cell-differentiation-transcriptional)، فيغير التعبير المورّثي على مدى ساعات.*

## 19.4 حالة محلولة: الأنسولين والغلوكاغون وقيمة الغلوكوز المرجعية

**قضية 19.7 (هرمونان وقيمة مرجعية).**

يُمسك [غلوكوز الدم](#prop-b2-cell-signalling-glucose) قرب $5\,\mathrm{mmol}/\mathrm{L}$ ($0.9\,\mathrm{g}/\mathrm{L}$) بهرمونين متضادين من جزر البنكرياس. فبعد وجبة تستشعر الخلايا $\beta$ ارتفاع الغلوكوز — إذ تستقلبه، وتغلق قناة بوتاسيوم إذ يرتفع ATP فيها، وتستقطب، وتُدخل الكالسيوم، وتطلق *الأنسولين* — والأنسولين، عبر مستقبله ذي [كيناز التيروزين](#prop-b2-cell-signalling-rtk)، يجعل العضل والشحم يلتقطان الغلوكوز (بنقل الناقلات إلى غشائيهما)، والكبد يخزنه غليكوجينًا وشحمًا، والأنسجة كلها تكف عن حرق الشحم. وبين الوجبات يتيح هبوط الغلوكوز للخلايا $\alpha$ أن تطلق *الغلوكاغون*، الذي يفكك الغليكوجين، عبر [AMP الحلقي](#prop-b2-cell-signalling-gpcr) في الكبد، ويصنع غلوكوزًا جديدًا من الحموض الأمينية؛ والأدرينالين يفعل الشيء نفسه أسرع في الطوارئ، والكورتيزول [وهرمون](#def-b2-cell-signalling-kinds) النمو على مدى ساعات. ويُطلق كل [هرمون](#def-b2-cell-signalling-kinds) بنسبة الانحراف الذي يصححه: أي تغذية راجعة سالبة بمنفِّذين، واحد لكل اتجاه، وقيمة مرجعية يُدافع عنها إلى حدود الخُمس. والدماغ، الذي يحرق $120\,\mathrm{g}$ من الغلوكوز في اليوم ولا يخزن شيئًا، هو العضو الذي تحميه الحلقة؛ والسكري من النمط الأول فقد الخلايا $\beta$، ومساره دون علاج — غلوكوز عند $20\,\mathrm{mmol}/\mathrm{L}$، وشحم يُحرق لغياب الأنسولين، وحمض في الدم — هو ما تبدو عليه الحلقة وقد نُزع أحد ذراعيها.

![الغلوكوز والأنسولين والغلوكاغون بعد وجبة. يرتفع الأنسولين مع الغلوكوز فيخفضه؛ وإذ يهبط الغلوكوز نحو القيمة المرجعية، يرتفع الغلوكاغون ليمسكه عندها.](https://one-course.com/images/onecourse/chapters/biology-4/b2-cell-signalling/fig-2b1aa81ef6b5.svg)

*الغلوكوز والأنسولين والغلوكاغون بعد وجبة. يرتفع الأنسولين مع الغلوكوز فيخفضه؛ وإذ يهبط الغلوكوز نحو القيمة المرجعية، يرتفع الغلوكاغون ليمسكه عندها.*

**مثال 19.8 (سرعة الجملتين ومداهما وكلفتهما).**

يبلغ الأدرينالين في الدم كل خلية في نحو دقيقة (أي زمن الدوران) ويفعل دقائق؛ أما الدفعة العصبية فتبلغ هدفها في مليثوان وتفعل مليثوان. [والهرمون](#def-b2-cell-signalling-kinds) لا يكلف شيئًا يذكر لكل خلية يبلغها — نانومول موزع على الجسم — لكنه لا يستطيع مخاطبة خلية بعينها؛ أما العصب فيخاطب خلية واحدة بالضبط لكن عليه بناء سلك إليها وصيانته. والجسم يستعمل الاثنين: فالأعصاب الودّية في [الفصل 18](https://one-course.com/books/biology/4/ar/chapter/18-regulation-of-blood-pressure-and-exercise#ch-b2-blood-pressure) تفعل في [القلب](https://one-course.com/books/biology/4/ar/chapter/17-the-heart-and-the-cardiac-cycle#def-b2-heart-anatomy) [والشرينات](https://one-course.com/books/biology/4/ar/chapter/16-blood-and-the-circulatory-system#def-b2-blood-circulation-vessels) في ثانية، ولب الكظر، وهو نفسه عقدة ودّية معدّلة، يسندها بصب الجزيء نفسه في الدم للجسم كله. وعند المشبك يلتقي التصميمان، [فالناقل العصبي](#def-b2-cell-signalling-kinds) رسول يفعل في مستقبل بالآليات نفسها — قناة تنفتح، [وبروتين G](#prop-b2-cell-signalling-gpcr) يقلب — إلا أنه عبر عشرين نانومترًا بدل متر.

## 19.5 تمارين

**تمرين 19.1 ★.**

صنّف ما يلي صماويًا أو نظير صماوي أو ذاتيًا أو مشبكيًا، وذائبًا في الماء أو في الدسم: الأنسولين، والكورتيزول، والأستيل كولين عند مشبك، والهيستامين عند جرح، والإستراديول، والأدرينالين من الكظر، وأكسيد النتريك من البطانة.

**حل التمرين 19.1.**

الأنسولين: صماوي، ذائب في الماء (ببتيد). والكورتيزول: صماوي، ذائب في الدسم. والأستيل كولين عند مشبك: مشبكي، ذائب في الماء. والهيستامين عند جرح: نظير صماوي، ذائب في الماء. والإستراديول: صماوي، ذائب في الدسم. والأدرينالين من الكظر: صماوي، ذائب في الماء. وأكسيد النتريك: نظير صماوي، ذائب في الدسم (غاز يعبر الأغشية).

**تمرين 19.2 ★.**

اذكر الخطوات من الأدرينالين عند غشاء الخلية الكبدية إلى الغلوكوز في الدم، وسمِّ مفتاح الإطفاء عند كل خطوة.

**حل التمرين 19.2.**

يرتبط الأدرينالين بالمستقبل (والإطفاء: التفكك، وابتلاع المستقبل)؛ ويفعّل المستقبل [بروتين G](#prop-b2-cell-signalling-gpcr)، وGTP بدل GDP (والإطفاء: حلمهة GTP في ثوانٍ)؛ ويفعّل [بروتين G](#prop-b2-cell-signalling-gpcr) أدنيلات سيكلاز، وهي تصنع [AMP الحلقي](#prop-b2-cell-signalling-gpcr) (والإطفاء: الفوسفودي إستيراز)؛ ويفعّل [AMP الحلقي](#prop-b2-cell-signalling-gpcr) كيناز A (والإطفاء: زوال [AMP الحلقي](#prop-b2-cell-signalling-gpcr))؛ ويفسفر كيناز A كيناز الفسفوريلاز، الذي يفسفر فسفوريلاز الغليكوجين (والإطفاء: الفوسفاتازات)؛ ويطلق الفسفوريلاز غلوكوز-1-فوسفات من الغليكوجين، فيُحوَّل ويُصدَّر غلوكوزًا.

**تمرين 19.3 ★.**

قارن بين المستقبلات السطحية والنووية: بم ترتبط، وأين تقع، وبأي سرعة تفعل، وماذا تغير.

**حل التمرين 19.3.**

ترتبط المستقبلات السطحية بالرسل الذائبة في الماء عند الغشاء وتفعل في ثوانٍ عبر الرسل الثواني والكينازات، فتغير فعالية بروتينات موجودة. أما [المستقبلات النووية](#prop-b2-cell-signalling-nuclear) فترتبط بالرسل الذائبة في الدسم داخل الخلية وتفعل في ساعات [عوامل استنساخ](https://one-course.com/books/biology/4/ar/chapter/12-cell-differentiation-the-skeletal-muscle-cell#prop-b2-cell-differentiation-transcriptional)، فتغير أي البروتينات يُصنع.

**تمرين 19.4 ★.**

ما الرسل الثواني العامة الثلاثة المذكورة في هذا الفصل، وكيف يُرفع كل منها، وكيف يُزال؟

**حل التمرين 19.4.**

[AMP الحلقي](#prop-b2-cell-signalling-gpcr): تصنعه أدنيلات سيكلاز، ويتلفه الفوسفودي إستيراز. والكالسيوم: يدخل عبر قنوات أو يغادر الشبكة الهيولية الباطنة جوابًا لثلاثي فوسفات الإينوزيتول، وتزيله المضخات. وثلاثي فوسفات الإينوزيتول (مع ثنائي أسيل الغليسرول): يصنعه الفوسفوليباز C من دسم غشائي، وتزيله الفوسفاتازات.

**تمرين 19.5 ★★.**

لمستقبل $K_d = 2\,\mathrm{nmol}/\mathrm{L}$. احسب الإشغال عند 0.2 و2 و20 و$200\,\mathrm{nmol}/\mathrm{L}$. وخلية تضاعف عدد مستقبلاتها: فما الذي يتغير، الإشغال أم عدد المستقبلات المشغولة؟

**حل التمرين 19.5.**

$\theta = [L]/(K_d + [L])$: أي $0.09$ و$0.5$ و$0.91$ و$0.99$. ومضاعفة المستقبلات تترك الكسر على حاله وتضاعف عدد المشغول — ومن ثم الاستجابة.

**تمرين 19.6 ★★.**

لشلال مراحل ربوحها 50 و200 و100 و300. احسب التضخيم الكلي. وإذا كان [الهرمون](#def-b2-cell-signalling-kinds) عند $1\,\mathrm{nmol}/\mathrm{L}$ وكان $1\,\%$ من المستقبلات ($10^{4}$ في الخلية) مشغولًا، فكم جزيء ناتج تصنع الخلية في الثانية إذا كان ربح كل مرحلة في الثانية؟

**حل التمرين 19.6.**

$50\times 200\times 100\times 300 = 3\times 10^{8}$. ومئة مستقبل مشغول تعطي $3\times 10^{10}$ جزيء ناتج في الثانية — وهو حد أعلى، لأن المراحل تتشبع.

**تمرين 19.7 ★★.**

يقفل ذيفان الكوليرا [بروتين G](#prop-b2-cell-signalling-gpcr) المنبّه في حالته المرتبطة بجزيء GTP في خلايا الأمعاء. فسّر، خطوة خطوة، لماذا يفقد المريض لترات من السائل في اليوم، ولماذا يدوم الأثر أيامًا بعد زوال الجراثيم.

**حل التمرين 19.7.**

يبقي [بروتين G](#prop-b2-cell-signalling-gpcr) المقفل السيكلاز مشتغلًا، فيبقى [AMP الحلقي](#prop-b2-cell-signalling-gpcr) مرتفعًا، ويبقي كيناز A قناة الكلور في خلايا الأمعاء مفسفرة ومفتوحة، فيُفرز الكلور، ويتبعه الصوديوم والماء إلى اللمعة — لترات في اليوم. والقفل تعديل تساهمي في [بروتين G](#prop-b2-cell-signalling-gpcr)، لا يُنقض إلا حين تُستبدل الخلايا نفسها بعد أيام.

**تمرين 19.8 ★★.**

يرتفع الكالسيوم الهيولي من $0.1\,$ إلى $1\,\text{µ}\mathrm{mol}/\mathrm{L}$ في خلية حجمها $2000\,\text{µ}\mathrm{m}^{3}$ حين تنفتح قناة. فكم شاردة كالسيوم دخلت؟ وإذا مررت قناة مفتوحة واحدة $10^{6}$ شاردة في الثانية، فكم استغرقت قناة واحدة، ولماذا تفتح الخلية كثيرًا منها معًا؟

**حل التمرين 19.8.**

$0.9\times 10^{-6}\,\text{مول/لتر}\times 2\times 10^{-12}\,\text{لتر} =
1.8\times 10^{-18}$ mol، أي $1.1\times 10^{6}$ شاردة (وأكثر في الواقع، لأن الدارئات تربط معظم ما يدخل). وقناة واحدة عند $10^{6}$ في الثانية تستغرق ثانية؛ وألف قناة تفعلها في مليثانية، وهو المقياس الزمني الذي تحتاجه إشارة.

**تمرين 19.9 ★★.**

يفعل الأنسولين والغلوكاغون كلاهما في الكبد، أحدهما عبر كيناز تيروزين والآخر عبر [AMP الحلقي](#prop-b2-cell-signalling-gpcr). فسّر كيف تدمج الخلية الكبدية الإشارتين، وماذا يحدث للغليكوجين حين ترتفع الإشارتان معًا، ولماذا كانت النسبة بينهما أهم من مستوى أي منهما.

**حل التمرين 19.9.**

يلتقي الطريقان على الإنزيمات نفسها: فكيناز A التابع للغلوكاغون يفسفر مصنعة الغليكوجين (فتُطفأ) وكيناز الفسفوريلاز (فيشتغل)؛ وشلال الأنسولين يفعّل الفوسفاتاز التي تنزع الفوسفات. وحالة الإنزيمات يقررها ميزان فعالية الكيناز والفوسفاتاز، فالمهم هو نسبة الهرمونين أحدهما إلى الآخر؛ وحين يرتفعان معًا يغلب الفوسفاتاز عادةً فيُخزن الغليكوجين.

**تمرين 19.10 ★★★.**

يرفع الأدرينالين [AMP الحلقي](#prop-b2-cell-signalling-gpcr) في خلية كبدية في غضون $5\,\mathrm{s}$ ويرفع خرج الغلوكوز في غضون $30\,\mathrm{s}$؛ ويرفع الكورتيزول إنزيمات الكبد المولدة للغلوكوز على مدى $4\,\mathrm{h}$. فسّر المقياسين الزمنيين بالانتشار، وبالاستنساخ ($50\,$ نوكليوتيدة في الثانية على مورّثة من $3000\,$ نوكليوتيدة)، وبالترجمة ($5\,$ حموض أمينية في الثانية على بروتين من $500$ بقية)، وبالحاجة إلى تراكم آلاف من جزيئات الإنزيم.

**حل التمرين 19.10.**

الأدرينالين: ينتشر [AMP الحلقي](#prop-b2-cell-signalling-gpcr) عبر خلية قطرها $20\,\text{µ}\mathrm{m}$ في أقل من ثانية ($x^{2}/2D$ مع $D \approx 3 \times 10^{-10}\,\mathrm{m}^{2}/\mathrm{s}$)، وكل إنزيم في الشلال موجود سلفًا — فثوانٍ. أما الكورتيزول: فالنسخة تستغرق $60\,\mathrm{s}$، والبروتين $100\,\mathrm{s}$؛ ومن بضع عشرات من mRNA يحمل كل منها عشرة ريباسات أو نحوها تصنع الخلية بضع مئات من جزيئات الإنزيم في الدقيقة، فالآلاف اللازمة لأثر قابل للقياس تستغرق ساعات، بعد الدقائق التي يحتاجها الكورتيزول ليدخل ويبلغ DNA.

**تمرين 19.11 ★★★.**

[طفرة](https://one-course.com/books/biology/4/ar/chapter/3-mutations-and-genome-diversification#def-b2-genome-diversification-mutation) تجعل مستقبل كيناز تيروزين لعامل نمو يتثنّى، ومن ثم يشير، دون ربيطته. تنبّأ بسلوك الخلية، وفسّر لماذا كانت هذه خطوة شائعة في السرطان، وقل ماذا يفعل دواء يحصر موقع ATP في الكيناز.

**حل التمرين 19.11.**

يشير المستقبل باستمرار: فشلال كيناز MAP يدفع الخلية إلى الانقسام دون أي عامل نمو، وهي تتجاهل غياب الإشارة التي تكبحها عادةً. ولأن [طفرة](https://one-course.com/books/biology/4/ar/chapter/3-mutations-and-genome-diversification#def-b2-genome-diversification-mutation) واحدة تزيل ضابطًا على الانقسام، كانت هذه المستقبلات (والكينازات التي دونها) من أشيع المورّثات الورمية. والدواء الذي يشغل موقع ATP في الكيناز يوقف الفسفرات ويُخرس المستقبل — وهو مبدأ عدة أدوية للسرطان.

**تمرين 19.12 ★★★.**

«الجملة الصماوية تذيع؛ والجملة العصبية توصل أسلاكًا.» ناقش التصميمين في السرعة والمدى والنوعية والكلفة، وقل أين يكون كل منهما لا غنى عنه وأين يستعمل الجسم كليهما للرسالة نفسها.

**حل التمرين 19.12.**

الصماوية: تبلغ كل خلية في دقيقة، ورخيصة لكل خلية، ولا تستطيع مخاطبة خلية بعينها، وتفعل من دقائق إلى أيام — ولا غنى عنها لحالات الجسم كله (الصيام، والنمو، والتكاثر). والعصبية: مليثانية، وهدف واحد، وأسلاك مكلفة، وتفعل مليثوان — ولا غنى عنها للحركة والمنعكسات السريعة. ويُستعمل الاثنان للرسالة نفسها حيث تُطلب السرعة والمدى معًا: فالأعصاب الودّية ولب الكظر كلاهما يسلّم النورأدرينالين أو الأدرينالين عند فزع.

## 19.6 مسألة: هرمون من الدم إلى المورّثة

**مسألة 19.1.**

مسألة نهاية الأسبوع — متابعة الأدرينالين من غدة الكظر إلى غلوكوز خلية كبدية، مع حساب تركيزه وإشغاله للمستقبلات وربح شلاله وتوقيته، ثم متابعة الكورتيزول إلى مورّثة، وتحليل حلقة الغلوكوز، وتنتهي إلى الإشغال والتضخيم والزمن الذي يستغرقه كل هرمون

المعطيات: يطلق لب الكظر $1\,\mathrm{nmol}$ من الأدرينالين في $5\,\mathrm{L}$ من الدم عند فزع؛ وثابت تفكك الأدرينالين $K_d$ عند مستقبل الكبد $1\,\mathrm{nmol}/\mathrm{L}$؛ وتحمل خلية كبدية ($5000\,\text{µ}\mathrm{m}^{3}$) $2\times 10^{4}$ مستقبل. وربوح الشلال في ثانية التفعيل: مستقبل $\to$ [بروتين G](#prop-b2-cell-signalling-gpcr) ربحه 20، [وبروتين G](#prop-b2-cell-signalling-gpcr) $\to$ AMP حلقي 100 (أي دوران السيكلاز في عمر [بروتين G](#prop-b2-cell-signalling-gpcr) البالغ 3 ثوانٍ)، وAMP حلقي $\to$ كيناز A ربحه 1 (تكافئيًا)، وكيناز A $\to$ كيناز الفسفوريلاز 50، $\to$ فسفوريلاز 50، $\to$ غلوكوز 1000. ويحمل الكبد $100\,\mathrm{g}$ من الغليكوجين. والكورتيزول: استنساخ عند $50\,$ نوكليوتيدة في الثانية على مورّثة من $4000\,$ نوكليوتيدة، وترجمة عند $5\,$ بقايا في الثانية على إنزيم من $600$ بقية، و$20$ ريباسًا لكل mRNA، و$100$ mRNA تُصنع في الساعة، وأثر يحتاج $10^{5}$ جزيء إنزيمي.

**الجزء الأول — وصول [الهرمون](#def-b2-cell-signalling-kinds).**

1. احسب تركيز الأدرينالين في [البلازما](https://one-course.com/books/biology/4/ar/chapter/16-blood-and-the-circulatory-system#def-b2-blood-circulation-blood) بعد الإطلاق، مهملًا زواله.
2. احسب [إشغال المستقبلات](#thm-b2-cell-signalling-occupancy) وعدد المستقبلات المشغولة في الخلية الكبدية الواحدة.
3. يُزال الأدرينالين بعمر نصف قدره $2\,\mathrm{min}$ . فما تركيزه وإشغاله بعد $6\,\mathrm{min}$ ؟
4. كم يستغرق الأدرينالين ليبلغ الكبد من الكظر، إذا كان زمن الدوران نحو دقيقة؟ ولماذا يفعل العصب الودّي إلى الكبد أسرع؟
5. خلية لها $2\times 10^{5}$ مستقبل [وثابت التفكك](#thm-b2-cell-signalling-occupancy) $K_d$ نفسه: فما الذي يتغير؟
6. لماذا كان $K_d$ مطابقًا للتركيز الدائر — وماذا يفعل مستقبل له $K_d = 1\,\text{µ}\mathrm{mol}/\mathrm{L}$ [بهرمون](#def-b2-cell-signalling-kinds) نانومولي؟

**الجزء الثاني — الشلال.**

7. احسب الربح الكلي من مستقبل مشغول واحد إلى جزيئات غلوكوز في الثانية.
8. احسب جزيئات [AMP الحلقي](#prop-b2-cell-signalling-gpcr) التي تصنعها الخلية في الثانية الأولى، والتركيز الذي تبلغه في حجمها.
9. احسب خرج الغلوكوز من خلية كبدية واحدة في الثانية عند إشغال السؤال 2، وفي الدقيقة.
10. للكبد $2\times 10^{11}$ خلية. احسب الخرج الذي تتنبأ به الربوح، بالغرام في الدقيقة، وقارنه بالقيمة $5\,\mathrm{g}/\mathrm{min}$ الملاحظة فعلًا. وما الذي يحد الخرج الحقيقي؟
11. كم تدوم $100\,\mathrm{g}$ من الغليكوجين بهذا المعدل؟ ولماذا لا تنفد في فزع؟
12. سمِّ مفتاح الإطفاء عند كل مرحلة مضخِّمة وقل أيها أسرع فعلًا.
13. يوجد مثبط للفوسفودي إستيراز (الكافيين). تنبّأ بأثره في الشلال وفي خرج الغلوكوز.

**الجزء الثالث — الكورتيزول إلى مورّثة.**

14. احسب زمن استنساخ mRNA واحد.
15. احسب زمن ترجمة جزيء إنزيمي واحد، وعدد جزيئات الإنزيم لكل mRNA في الساعة (وكل mRNA يعيش ساعة، والريباسات تبدأ واحدًا إثر آخر).
16. احسب جزيئات الإنزيم المصنوعة في الساعة من $100$ mRNA، وزمن بلوغ $10^{5}$ .
17. أضف زمن دخول الكورتيزول وارتباطه وبلوغه DNA (دقائق) وفسّر $4\,\mathrm{h}$ الملاحظة.
18. لماذا لا يستعمل الجسم شلالًا كشلال الأدرينالين لعمل الكورتيزول، ولا يستعمل آلية الكورتيزول عند الفزع؟
19. يرفع الكورتيزول أيضًا عدد مستقبلات الأدرينالين في الخلايا الكبدية. فسّر كيف يستطيع [هرمون](#def-b2-cell-signalling-kinds) بطيء أن يضخّم هرمونًا سريعًا، وماذا يفعل ذلك بمنحني إشغال السريع.

**الجزء الرابع — الحلقة.**

20. بعد وجبة يرتفع الغلوكوز من 5 إلى $8\,\mathrm{mmol}/\mathrm{L}$ . صف استجابة الخلية $\beta$ من الغلوكوز إلى إطلاق الأنسولين، مسميًا الاقتران.
21. يفعل الأنسولين عبر كيناز تيروزين والغلوكاغون عبر [AMP الحلقي](#prop-b2-cell-signalling-gpcr) . فسّر لماذا تستطيع خلية واحدة أن تطيع الاثنين وكيف تُضبط إنزيمات غليكوجين الكبد بنسبتهما.
22. مريض بلا خلايا $\beta$ . تنبّأ بغلوكوزه صائمًا وبعد الوجبة، وفسّر لماذا يُحرق الشحم ويظهر الحمض.
23. الأنسولين المحقون بلا تغذية راجعة. فسّر خطر عَدْو طويل غير معتاد بجرعة معتادة.
24. قارن حلقة الغلوكوز [بالمنعكس الضغطي](https://one-course.com/books/biology/4/ar/chapter/18-regulation-of-blood-pressure-and-exercise#def-b2-blood-pressure-baroreflex) في [الفصل 18](https://one-course.com/books/biology/4/ar/chapter/18-regulation-of-blood-pressure-and-exercise#ch-b2-blood-pressure) : المستشعر والمنفِّذات والربح والسرعة.
25. اذكر النتيجة: إشغال الأدرينالين بعد الإطلاق، وربح الشلال، وخرج الكبد من الغلوكوز، والزمن الذي يستغرقه الكورتيزول.

**حل المسألة 19.1.**

**1.** $1\,\text{نانومول}/5\,\text{لتر} = 0.2\,\mathrm{nmol}/\mathrm{L}$. **2.** $\theta = 0.2/1.2 = 0.17$: أي نحو 3300 مستقبل مشغول. **3.** ثلاثة أعمار نصف: $0.025\,\mathrm{nmol}/\mathrm{L}$؛ و$\theta = 0.024$. **4.** نحو نصف دقيقة إلى دقيقة، وهو زمن دورة الدم؛ أما العصب فيسلّم ناقله مباشرةً إلى الكبد في غضون ثانية. **5.** الكسر نفسه، لكن $33\,000$ مستقبل مشغول: أي استجابة أكبر بعشرة أضعاف. **6.** عند $1\,\mathrm{nmol}/\mathrm{L}$ يكون مستقبل $K_d = 1\,\text{µ}\mathrm{mol}/\mathrm{L}$ مشغولًا بمقدار جزء من ألف: فلا استجابة. ومطابقة $K_d$ للمجال الدائر تضع الجزء شديد الميل من منحني الإشغال حيث يتغير [الهرمون](#def-b2-cell-signalling-kinds) فعلًا. **7.** $20\times 100\times 1\times 50\times 50\times 1000 =
5\times 10^{9}$ جزيء غلوكوز في الثانية لكل مستقبل مشغول. **8.** $3300\times 20\times 100 = 6.6\times 10^{6}$ من [AMP الحلقي](#prop-b2-cell-signalling-gpcr) في الثانية الأولى؛ وفي $5 \times 10^{-12}\,\mathrm{L}$ يكون ذلك $1.1\times 10^{-17}$ mol، أي نحو $2\,\text{µ}\mathrm{mol}/\mathrm{L}$. **9.** $3300\times 5\times 10^{9} = 1.7\times 10^{13}$ في الثانية، و$10^{15}$ في الدقيقة للخلية الواحدة. **10.** $2\times 10^{11}$ خلية $\times 10^{15} = 2\times
10^{26}$ جزيء في الدقيقة، أي 330 مولًا، و$6 \times 10^{4}\,\mathrm{g}$ في الدقيقة — أي عشرة آلاف ضعف $5\,\mathrm{g}/\mathrm{min}$ الملاحظة. فالربوح لا تتضاعف إلا ما دامت كل مرحلة غير مشبعة؛ والفسفوريلاز في الواقع محدود بركيزته وبالفوسفاتازات، وتصدير الغلوكوز محدود بالناقلات. فربح الشلال يُنفق على السرعة والحساسية، لا على الخرج. **11.** عند $5\,\mathrm{g}/\mathrm{min}$، عشرون دقيقة؛ والفزع ينقضي في دقائق ومفاتيح الإطفاء توقف الشلال قبل ذلك بكثير. **12.** حلمهة GTP [ببروتين G](#prop-b2-cell-signalling-gpcr) (ثوانٍ)؛ والفوسفودي إستيراز على [AMP الحلقي](#prop-b2-cell-signalling-gpcr) (ثوانٍ)؛ والفوسفاتازات على الإنزيمات المفسفرة (من ثوانٍ إلى دقائق)؛ وفقد حساسية المستقبل (دقائق). وأسرعها ساعة [بروتين G](#prop-b2-cell-signalling-gpcr) نفسها والفوسفودي إستيراز. **13.** لا يُتلف [AMP الحلقي](#prop-b2-cell-signalling-gpcr): فيتراكم ويدوم، ويبقى الكيناز مشتغلًا، ويكون خرج الغلوكوز أكبر وأطول — وهي يقظة القهوة. **14.** $4000/50 = 80\,\mathrm{s}$. **15.** $600/5 = 120\,\mathrm{s}$ لكل إنزيم لكل ريباس؛ أي 30 لكل ريباس في الساعة، و600 لكل mRNA في الساعة. **16.** $100\times 600 = 60\,000$ إنزيم في الساعة؛ ويُبلغ $10^{5}$ بعد $1.7\,\mathrm{h}$ نحوًا. **17.** من عشر دقائق إلى عشرين ليدخل الكورتيزول ويرتبط ويبلغ مورّثاته، وساعة قبل أن تكثر أول نسخ mRNA وتُترجم، ثم ساعتان من التراكم: أي نحو أربع ساعات. **18.** الشلال يغير فعالية إنزيمات موجودة؛ وعمل الكورتيزول أن يغير أي الإنزيمات يوجد، لأيام، وهو ما لا يقدر عليه إلا الاستنساخ. والفزع لا يستطيع انتظار أربع ساعات لإنزيمات جديدة. **19.** مستقبلات أكثر تعني مستقبلات مشغولة أكثر عند أي تركيز للأدرينالين: فكسر الإشغال لا يتغير لكن الاستجابة عند كل تركيز أكبر — فالمنحني مضروب في عامل، لا مزاح. [فالهرمون](#def-b2-cell-signalling-kinds) البطيء يضبط ربح السريع. **20.** يدخل الغلوكوز الخلية $\beta$ ويُستقلب؛ فيرتفع ATP ويغلق قناة بوتاسيوم حساسة لمستوى ATP؛ ويستقطب الغشاء؛ وتنفتح قنوات كالسيوم فولطية البوابة؛ ويطلق الكالسيوم إخراج حبيبات الأنسولين — أي استقلاب مقترن بالإفراز بخطوة كهربائية. **21.** يبدأ المستقبلان طريقين يلتقيان على الإنزيمات نفسها: فكيناز A التابع للغلوكاغون يفسفرها، وشلال الأنسولين يفعّل الفوسفاتاز التي تنزع فوسفاتها؛ وحالة الإنزيمات، ومن ثم اتجاه استقلاب الغليكوجين، تتبع نسبة الاثنين. **22.** الغلوكوز الصائم مرتفع (فالكبد، بلا كابح، يمضي في صنعه)، والغلوكوز بعد الوجبة مرتفع جدًا (فلا التقاط في العضل والشحم)؛ ودون الأنسولين تطلق مخازن الشحم حموضًا دسمة، يحولها الكبد إلى حموض كيتونية — وهو الحماض الكيتوني. **23.** تلتقط العضلة العاملة الغلوكوز دون أنسولين، فيهبط الغلوكوز في عَدْو طويل بينما يمضي الأنسولين المحقون، بلا تنظيم، في كبح الكبد: فنقص سكر الدم والانهيار. **24.** حلقة الغلوكوز: المستشعر هو الخليتان $\beta$ و$\alpha$، وهرمونان منفِّذان للاتجاهين، وربح عالٍ يمسك المستوى إلى حدود الخُمس، ودقائق للفعل. أما [المنعكس الضغطي](https://one-course.com/books/biology/4/ar/chapter/18-regulation-of-blood-pressure-and-exercise#def-b2-blood-pressure-baroreflex): فمستقبلات التمدد، [والقلب](https://one-course.com/books/biology/4/ar/chapter/17-the-heart-and-the-cardiac-cycle#def-b2-heart-anatomy) والأوعية منفِّذات، وربح نحو أربعة، و ثانية للفعل. **25.** الإشغال $0.17$ بعد الإطلاق؛ والربح $5\times 10^{9}$ في الثانية لكل مستقبل مشغول؛ وخرج الكبد $5\,\mathrm{g}/\mathrm{min}$ في الواقع؛ والكورتيزول يستغرق نحو أربع ساعات.