Περιεχόμενο
- Τα κελιά επικοινωνούν με τέσσερις τύπους σημάτων
- Παρακρινή σήματα Διατηρήστε την τάξη στην γειτονιά κυττάρων
- Η αυτόκλειστη σηματοδότηση μπορεί να προωθήσει την ανάπτυξη
- Η ενδοκρινική σηματοδότηση επηρεάζει ολόκληρο τον οργανισμό
- Συναπτικές συνδέσεις σηματοδότησης δύο κυψελών
- Η διαδικασία λήψης σημάτων είναι παρόμοια για όλους τους τύπους κυψελοειδών επικοινωνιών
- Η έκφραση γονιδίων είναι ένας μηχανισμός για μεταβολές στη συμπεριφορά των κυττάρων
Τα κύτταρα σε πολυκύτταρους οργανισμούς πρέπει να αναλάβουν εξειδικευμένους ρόλους και πρέπει να γνωρίζουν πότε πρέπει να διεξάγουν συγκεκριμένες δραστηριότητες. Τα κύτταρα συντονίζουν τις δράσεις τους μέσω διαφόρων τύπων κυτταρικής επικοινωνίας, που ονομάζονται επίσης κυτταρικής σηματοδότησης. Τα τυπικά κυτταρικά σήματα είναι χημικά στη φύση τους και μπορούν να στοχεύονται τοπικά ή για τον οργανισμό εν γένει.
Η κυτταρική επικοινωνία είναι μια διαδικασία πολλαπλών σταδίων που περιλαμβάνει τα ακόλουθα:
Οι διάφοροι τύποι κυψελοειδούς επικοινωνίας ακολουθούν όλα τα ίδια βήματα, αλλά διακρίνονται από την ταχύτητα της διαδικασίας σηματοδότησης και την απόσταση στην οποία ενεργεί. Τα νευρικά κύτταρα σηματοδοτούν γρήγορα αλλά τοπικά ενώ οι αδένες που απελευθερώνουν ορμόνες λειτουργούν πιο αργά αλλά σε όλο τον οργανισμό.
Οι διάφοροι τύποι κυψελοειδούς σηματοδότησης έχουν εξελιχθεί ώστε να λαμβάνουν υπόψη τις απαιτήσεις ταχύτητας και απόστασης για διάφορες λειτουργίες κυττάρων.
Τα κελιά επικοινωνούν με τέσσερις τύπους σημάτων
Τα κελιά χρησιμοποιούν διαφορετικούς τύπους σηματοδότησης ανάλογα με το ποια άλλα κύτταρα θέλουν να φτάσουν. Οι τέσσερις τύποι επικοινωνίας κυττάρων είναι:
Τα κύτταρα απελευθερώνουν χημικά σήματα για να επιτρέψουν σε άλλα κύτταρα να γνωρίζουν τι ενέργειες λαμβάνουν και λαμβάνουν σήματα που τους ενημερώνουν για τις δραστηριότητες άλλων κυττάρων οργανισμών. Ενέργειες όπως η κυτταρική διαίρεση, η κυτταρική ανάπτυξη, ο κυτταρικός θάνατος και η παραγωγή πρωτεϊνών συντονίζονται μέσω των διαφόρων τύπων κυτταρικής σηματοδότησης.
Παρακρινή σήματα Διατηρήστε την τάξη στην γειτονιά κυττάρων
Κατά τη διάρκεια της παρακρινής σηματοδότησης, ένα κύτταρο εκκρίνει μια χημική ουσία που τελικά προκαλεί συγκεκριμένες αλλαγές στη συμπεριφορά των γειτονικών κυττάρων. Το κύτταρο προέλευσης παράγει το χημικό σήμα που διαχέεται σε όλο τον ιστό κοντά. Το χημικό δεν είναι σταθερό και επιδεινώνεται εάν πρέπει να ταξιδέψει σε μεγάλες αποστάσεις.
Ως αποτέλεσμα, χρησιμοποιείται παρακρινή σηματοδότηση τοπική κυτταρική επικοινωνία.
Η χημική ουσία που παράγει το κύτταρο στοχεύει σε άλλα συγκεκριμένα κύτταρα. Τα στοχευόμενα κύτταρα έχουν υποδοχείς στις κυτταρικές μεμβράνες τους για την εκκρινόμενη χημική ουσία. Τα μη στοχευμένα κύτταρα δεν έχουν τους απαιτούμενους υποδοχείς και δεν επηρεάζονται. Η εκκρινόμενη χημική ουσία συνδέεται με τους υποδοχείς των στοχευμένων κυττάρων και προκαλεί μια αντίδραση μέσα στο κύτταρο. Η αντίδραση με τη σειρά της επηρεάζει τη στοχευμένη συμπεριφορά των κυττάρων.
Για παράδειγμα, τα κύτταρα του δέρματος αναπτύσσονται σε στρώματα με το ανώτερο στρώμα που αποτελείται από νεκρά κύτταρα. Κύτταρα διαφορετικού ιστού βρίσκονται κάτω από το κάτω στρώμα των κυττάρων του δέρματος. Η τοπική σηματοδότηση κυττάρων εξασφαλίζει ότι τα κύτταρα του δέρματος γνωρίζουν σε ποιο στρώμα βρίσκονται και αν πρέπει να χωριστούν για να αντικαταστήσουν τα νεκρά κύτταρα.
Παράπλευρη σηματοδότηση χρησιμοποιείται επίσης για την επικοινωνία μέσα στον μυϊκό ιστό. Ένα παρακρινικό χημικό σήμα από τα νευρικά κύτταρα του μυός προκαλεί τη σύσπαση των μυϊκών κυττάρων, επιτρέποντας την κίνηση των μυών στον μεγαλύτερο οργανισμό.
Η αυτόκλειστη σηματοδότηση μπορεί να προωθήσει την ανάπτυξη
Η αυτόκλειστη σηματοδότηση είναι παρόμοια με την παρακρινή σηματοδότηση, αλλά ενεργεί στο κύτταρο που αρχικά εκκρίνει το σήμα. Το αρχικό κύτταρο παράγει ένα χημικό σήμα, αλλά οι υποδοχείς για το σήμα βρίσκονται στο ίδιο κελί. Ως αποτέλεσμα, το κύτταρο διεγείρεται να αλλάξει τη συμπεριφορά του.
Για παράδειγμα, ένα κύτταρο μπορεί να εκκρίνει μια χημική ουσία που προάγει την κυτταρική ανάπτυξη. Το σήμα διαχέεται σε όλο τον τοπικό ιστό, αλλά συλλαμβάνεται από τους υποδοχείς του κυττάρου προέλευσης. Το κύτταρο που εκκρίνει το σήμα στη συνέχεια διεγείρεται για να εμπλακεί σε μεγαλύτερη ανάπτυξη.
Αυτό το χαρακτηριστικό είναι χρήσιμο σε έμβρυα όπου η ανάπτυξη είναι σημαντική και επίσης προάγει την αποτελεσματική κυτταρική διαφοροποίηση, όταν η αυτοκριτική σηματοδότηση ενισχύει την ταυτότητα των κυττάρων. Η αυτοκρινή αυτο-διέγερση είναι σπάνια στον ενήλικα υγιή ιστό, αλλά μπορεί να βρεθεί σε κάποιους καρκίνους.
Η ενδοκρινική σηματοδότηση επηρεάζει ολόκληρο τον οργανισμό
Στην ενδοκρινική σηματοδότηση, το κύτταρο που προέρχεται εκκρίνει μια ορμόνη που είναι σταθερή σε μεγάλες αποστάσεις. Η ορμόνη διαχέεται μέσω του κυτταρικού ιστού σε τριχοειδή αγγεία και ταξιδεύει μέσω του κυκλοφορικού συστήματος του οργανισμού.
Οι ενδοκρινικές ορμόνες εξαπλώνονται σε όλο το σώμα και στοχεύουν κύτταρα σε θέσεις που είναι απομακρυσμένες από το κύτταρο σηματοδότησης. Τα στοχευόμενα κύτταρα έχουν υποδοχείς για την ορμόνη και αλλάζουν τη συμπεριφορά τους όταν ενεργοποιούνται οι υποδοχείς.
Για παράδειγμα, τα κύτταρα στα επινεφρίδια παράγουν την ορμόνη αδρεναλίνη, η οποία προκαλεί το σώμα να εισέλθει στη λειτουργία "καταπολέμηση ή πτήση". Η ορμόνη εξαπλώνεται σε όλο το σώμα στο αίμα και προκαλεί αντιδράσεις στα στοχευμένα κύτταρα. Τα αιμοφόρα αγγεία συστέλλονται για να αυξήσουν την αρτηριακή πίεση για τους μύες, τις αντλίες της καρδιάς πιο γρήγορα και ενεργοποιούνται μερικοί αδένες ιδρώτα. Ολόκληρος ο οργανισμός τοποθετείται σε κατάσταση ετοιμότητας για επιπλέον προσπάθεια.
Η ορμόνη είναι η ίδια παντού, αλλά όταν ενεργοποιεί τους υποδοχείς στα κύτταρα, τα κύτταρα αλλάζουν τις συμπεριφορές τους με διαφορετικούς τρόπους.
Συναπτικές συνδέσεις σηματοδότησης δύο κυψελών
Όταν δύο κύτταρα συνεχώς πρέπει να ανταλλάσσουν εκτεταμένη σηματοδότηση, έχει νόημα να δημιουργούν ειδικές δομές επικοινωνίας για να διευκολύνουν την ανταλλαγή χημικών σημάτων. ο synapse είναι μια επέκταση κυττάρων που φέρνει τις εξωτερικές κυτταρικές μεμβράνες δύο κυττάρων σε στενή εγγύτητα. Η σηματοδότηση σε μια σύναψη συνδέει πάντα μόνο δύο κελιά, αλλά ένα κύτταρο μπορεί να έχει τόσο στενούς δεσμούς με αρκετά κύτταρα ταυτόχρονα.
Χημικά σήματα που απελευθερώνονται στο συνοπτικό κενό λαμβάνονται άμεσα από τους υποδοχείς των κυττάρων εταίρων. Για ορισμένα κύτταρα, το κενό είναι τόσο μικρό που τα κύτταρα αγγίζουν αποτελεσματικά. Στην περίπτωση αυτή, τα χημικά σήματα στην εξωτερική κυτταρική μεμβράνη ενός κυττάρου μπορούν να εμπλέξουν άμεσα τους υποδοχείς στη μεμβράνη του άλλου κυττάρου και η επικοινωνία είναι ιδιαίτερα γρήγορη.
Χαρακτηριστική συναπτική επικοινωνία λαμβάνει χώρα μεταξύ νευρώνες στον εγκέφαλο. Τα εγκεφαλικά κύτταρα κατασκευάζουν συνάψεις για να δημιουργήσουν προτιμώμενα κανάλια επικοινωνίας με μερικά γειτονικά κύτταρα. Τα κύτταρα μπορούν στη συνέχεια να επικοινωνούν ιδιαίτερα καλά με τους συνεργάτες επικοινωνίας συναπτικής τους, ανταλλάσσοντας χημικά σήματα γρήγορα και συχνά.
Η διαδικασία λήψης σημάτων είναι παρόμοια για όλους τους τύπους κυψελοειδών επικοινωνιών
ένα κυψελοειδές σήμα επικοινωνίας είναι σχετικά ευθεία προς τα εμπρός καθώς το κύτταρο εκκρίνει το χημικό και το σήμα κατανέμεται ανάλογα με τον τύπο του. Η λήψη ενός σήματος είναι πιο περίπλοκη επειδή το χημικό σήμα παραμένει έξω από το κύτταρο στόχο. Πριν το σήμα μπορεί να αλλάξει τη συμπεριφορά των κυττάρων, πρέπει να εισέλθει στο κελί και να ενεργοποιήσει την αλλαγή.
Πρώτον, το κύτταρο στόχος πρέπει να έχει υποδοχείς που αντιστοιχούν στο χημικό σήμα. Οι υποδοχείς είναι χημικές ουσίες στην επιφάνεια του κυττάρου που μπορούν να δεσμευτούν σε ορισμένα χημικά σήματα. Όταν ένας υποδοχέας συνδέεται με ένα χημικό σήμα, απελευθερώνει μια σκανδάλη στο εσωτερικό της κυτταρικής μεμβράνης.
Η σκανδάλη ενεργοποιεί τότε μια διαδικασία μεταγωγή σήματος στην οποία το ενεργοποιημένο χημικό στοχεύει ένα τμήμα του κυττάρου όπου η συμπεριφορά των κυττάρων πρέπει να αλλάξει.
Η έκφραση γονιδίων είναι ένας μηχανισμός για μεταβολές στη συμπεριφορά των κυττάρων
Τα κύτταρα αναπτύσσονται και διαιρούνται ως αποτέλεσμα της σηματοδότησης από άλλα κύτταρα. Ένα τέτοιο σήμα ανάπτυξης δεσμεύεται με τους υποδοχείς κυττάρων-στόχων και ενεργοποιεί μια μεταγωγή σήματος μέσα στο κύτταρο. Η χημική ουσία μεταγωγής εισέρχεται στον πυρήνα του κυττάρου και προκαλεί την έναρξη της ανάπτυξης του κυττάρου και την επακόλουθη κυτταρική διαίρεση.
Το χημικό μεταγωγής επιτυγχάνει αυτό επηρεάζοντας γονιδιακή έκφραση. Ενεργοποιεί τα γονίδια που είναι υπεύθυνα για την παραγωγή πρόσθετων κυτταρικών πρωτεϊνών που κάνουν το κύτταρο να αναπτύσσεται και να διαιρείται. Το κύτταρο εκφράζει ένα νέο σύνολο γονιδίων και αλλάζει τη συμπεριφορά του σύμφωνα με το σήμα που λήφθηκε.
Τα κύτταρα μπορούν επίσης να αλλάξουν τη συμπεριφορά τους σύμφωνα με τα κυτταρικά σήματα, αλλάζοντας την ποσότητα ενέργειας που παράγουν, αλλάζοντας τις ποσότητες χημικών που εκκρίνουν ή εμπλέκονται σε κύτταρα απόπτωση ή τον ελεγχόμενο κυτταρικό θάνατο. Ο κύκλος κυψελοειδούς επικοινωνίας παραμένει ο ίδιος, με τα σήματα που προέρχονται από τα κύτταρα, τα κύτταρα στόχου που τους δέχονται και τα κύτταρα-στόχους και στη συνέχεια αλλάζουν τη συμπεριφορά τους σύμφωνα με το ληφθέν σήμα.