Durante diferenciación celular en los organismos multicelulares, las células se especializan y asumen funciones como las de los nervios, los músculos y las células sanguíneas. Los factores involucrados en el desencadenamiento de la diferenciación celular incluyen señal telefónica, influencias ambientales y el nivel de desarrollo del organismo.
La diferenciación celular básica ocurre después de que un espermatozoide fertiliza un óvulo y el resultado cigoto alcanza un cierto tamaño. En ese punto, el cigoto comienza a desarrollar diferentes tipos de células y necesita células diferenciadas para asumir las funciones especializadas.
El mecanismo que está en la raíz de la diferenciación celular es la expresion genica. Todas las células de un organismo tienen conjuntos idénticos de genes porque el código genético fue copiado del óvulo original fertilizado por el espermatozoide. Para asumir una función especializada, una célula solo expresará o usará algunos de los genes en su código genético e ignorará el resto.
Por ejemplo, una célula que se diferencia para convertirse en una célula del hígado expresará la Celulas del higado genes, y todas las demás células hepáticas utilizarán el mismo conjunto de genes hepáticos. Se diferenciarán juntos para formar el hígado.
La diferenciación celular tiene lugar en tres situaciones:
- La crecimiento de un organismo inmaduro a un adulto.
- Normal Rotación de células como las células sanguíneas en organismos maduros.
- La reparar de tejidos dañados cuando las células especializadas tienen que ser reemplazadas.
En cada caso, la señalización celular informa a las células qué tipo de célula especializada se requiere. Las células indiferenciadas expresan los genes correspondientes para satisfacer las necesidades del organismo.
La expresión genética funciona haciendo copias del gen
El código genético de las células eucariotas se encuentra en el ADN en el núcleo. El ADN no puede salir del núcleo, por lo que la célula tiene que copiar el gen que quiere expresar.
ARN mensajero (ARNm) se adhiere al ADN y copia el gen correspondiente. El ARNm puede viajar fuera del núcleo y llevar las instrucciones genéticas a los ribosomas que flotan en el citoplasma celular o que están adheridos al retículo endoplásmico. La ribosomas producir la proteína codificada por el gen expresado.
Dependiendo de las señales recibidas por la célula, las influencias ambientales y la etapa de desarrollo de la célula, el proceso de expresión génica puede bloquearse en cualquier etapa. Si el organismo no necesita la proteína codificada por el gen, el ARNm no copiará el gen y no se iniciará el proceso de expresión del gen.
Incluso después de que el ARNm copia el gen, es posible que la molécula de ARNm no salga del núcleo o no pueda alcanzar un ribosoma. Es posible que los ribosomas no produzcan la proteína requerida incluso si el ARNm entrega el copiado codigo genetico. Diferentes factores pueden influir en la expresión génica a lo largo de este proceso de varios pasos.
Factores internos que afectan la especialización celular
Los organismos tienen varias formas de asegurar que las células se conviertan en células especializadas y diferenciadas necesarias.
El factor clave que impulsa la diferenciación celular en el cuerpo es la fabricación de proteínas. Las células pueden diferenciarse dependiendo de qué genes se expresan y qué proteínas se codifican en los genes expresados. Las proteínas producidas ayudan a las células diferenciadas a realizar su función especializada y les permiten decirles a otras células lo que están haciendo a través de la señalización celular.
Otro mecanismo que puede influir en la diferenciación celular es segregación asimétrica en división celular. Sustancias como proteínas especiales se acumulan en un extremo de una célula. Cuando la célula se divide, una célula hija tiene más proteínas especiales que la otra. Las células se convierten en diferentes tipos de células debido a la diferente distribución de proteínas.
A medida que una célula se diferencia, el tipo de especialización que puede asumir se vuelve más limitado. Embrionario Células madre Inicialmente, puede convertirse en cualquier tipo de célula, pero una vez que la célula está madura y ha asumido un papel especializado, a menudo ya no puede cambiar. Las células madre embrionarias se llaman totipotente células porque todavía pueden asumir cualquier función, mientras que las células maduras y especializadas que están completamente diferenciadas solo pueden llevar a cabo su función especializada.
La segregación asimétrica produce diferentes células
La expresión genética es responsable de la especialización celular, pero las células básicas deben poder asumir funciones especializadas. Antes de que pueda tener lugar la diferenciación y la especialización celular, debe estar disponible el tipo correcto de celda. La segregación asimétrica puede producir tipos de células tan diferentes. Las células embrionarias totipotentes se convierten en uno de los tres tipos de pluripotente células que eventualmente se diferencian en los diversos tejidos corporales.
Los tres tipos de células pluripotentes son:
-
Endodermo las células se convierten en el revestimiento de los tractos respiratorio y digestivo, además de formar el hígado y muchas de las glándulas principales, como el páncreas.
- Mesodermo las células se diferencian para formar músculos, huesos, tejido conectivo y el corazón.
- Ectodermo las células forman la piel y los nervios.
Si bien la señalización celular es responsable de la producción de algunos tipos diferentes de células y de especialización, la segregación asimétrica actúa al comienzo del desarrollo celular para producir pluripotentes células.
Transcripción de ADN a ARNm se produce de tal manera que el ARNm produce ciertas proteínas en un extremo de la célula y diferentes proteínas en el otro extremo. La división celular da como resultado dos tipos diferentes de células hijas que pueden producir células con diferentes especializaciones.
La señalización celular está en la raíz de la diferenciación celular
Los mecanismos internos que influyen en la diferenciación celular de las células pluripotentes se basan principalmente en la señalización celular. Las células reciben señales químicas que les dicen qué tipo de célula o qué tipo de proteína se necesita.
Los mecanismos de señalización celular incluyen:
- Difusión, en el que las células liberan sustancias químicas que se propagan por los tejidos.
- Contacto directo, en el que las células tienen sustancias químicas especiales en sus membranas celulares.
- Uniones gap, en el que los productos químicos de señalización pueden pasar directamente de una célula a otra.
Las células envían continuamente mensajes químicos sobre sus actividades y reciben señales sobre lo que está sucediendo en su vecindad inmediata, en los tejidos donde se encuentran y en el cuerpo en grande. Estas señales son los principales factores que afectan la especialización celular, y la señalización celular es el factor clave que impulsa la diferenciación celular en el cuerpo.
La señalización celular por difusión influye en el desarrollo de los tejidos
Las células se vuelven sensibles a ciertas señales químicas porque tienen receptores en su membrana celular. Los receptores dependen del tipo de célula, cómo se ha desarrollado y qué genes se expresan. A medida que se activan los receptores, la célula se diferencia aún más.
Cuando una célula envía una señal a muchas células cercanas, emite una sustancia química que se difunde a través del tejido en el que está incrustada la célula. La señal química es capturada por receptores en las membranas celulares de las células circundantes y desencadena una respuesta dentro de cada célula. Estas respuestas ayudan a que las células se diferencien de una manera que construye tejido.
Por ejemplo, las células que se convertirán en parte de un hígado emiten sustancias químicas que activan los receptores correspondientes en las células cercanas, y todas las células en esa ubicación se diferencian para convertirse en células hepáticas. A medida que se forma el tejido hepático, la señalización celular adicional provoca que algunas células se diferencien en células de los conductos o tejido de conexión. Finalmente, las células diferenciadas forman un hígado completo y funcional.
La señalización celular local permite que las células reconozcan a sus vecinos
Para convertirse en las células especializadas que necesita el organismo, las células deben saber qué están haciendo otras células en su entorno inmediato. Los receptores especiales para el contacto de célula a célula y las uniones gap entre células facilitan el intercambio directo de señales entre células vecinas. Las células pueden asegurarse de que su entorno se corresponda con su especialización diferenciada.
En señalización de celda a celda, las proteínas receptoras especialmente formadas en la superficie de una célula coinciden con las proteínas correspondientes en la membrana de una célula vecina. Cuando las células entran en contacto, las dos proteínas se unen y se activa una señal de una célula a la otra. La señal atraviesa la membrana celular y entra en la célula donde provoca un comportamiento celular específico.
Por ejemplo, las células de la piel deben asegurarse de tener otras células de la piel a su alrededor, pero algunas células de la piel tendrán las células del tejido subyacente debajo de ellas. La señalización de célula a célula permite que las células se aseguren de que su entorno coincida con su diferenciación.
Las uniones gap son enlaces especiales entre células vecinas que permiten un intercambio fácil y directo de proteínas que actúan como mensajes. Usando uniones gap, las celdas pueden coordinar sus actividadese intercambiar señales rápida y fácilmente.
Por ejemplo, células nerviosas utilizar las uniones gap para establecer vías nerviosas, y las uniones gap permiten que las células se diferencien en el tipo de célula nerviosa que sea apropiada para su ubicación en la piel, en la médula espinal o en el cerebro.
Factores que afectan la señalización celular Influencia en la diferenciación celular
La señalización celular y la diferenciación celular resultante son procesos complejos con muchos pasos. Las señales deben producirse, propagarse, recibirse y aplicarse. Los disparadores resultantes de las señales celulares tienen que funcionar como se espera. Los factores que alteran cualquiera de los pasos pueden influir en la diferenciación celular y provocar cambios en el organismo.
Los factores que pueden influir y alterar la señalización celular y la diferenciación celular incluyen la falta de nutrientes; si una célula no puede producir una proteína porque carece de los componentes básicos, no puede diferenciarse. Las mutaciones en el código genético son otro problema.
Si el ADN es defectuoso o la transcripción es incorrecta, el proceso de señalización y diferenciación se interrumpe. Además de estos, si los productos químicos de señalización están bloqueados o los receptores celulares están llenos de enlaces químicos no señalizadores, el proceso de señalización no funcionará correctamente.
Los factores ambientales pueden influir en la diferenciación celular
Las influencias del entorno del organismo que pueden afectar la señalización celular, la expresión génica y la diferenciación celular pueden cambiar, detener o interrumpir el proceso. El organismo usa algunos factores ambientales para la adaptación, algunos pueden usarse para combatir enfermedades y otros dañar o matar al organismo.
Por ejemplo, la temperatura ambiental puede influir en el desarrollo de algunos organismos. Las temperaturas más altas aceleran el crecimiento de las células y su diferenciación, mientras que las temperaturas bajas ralentizan o detienen el desarrollo.
Las drogas pueden alterar la diferenciación celular dañina. Por ejemplo, los medicamentos pueden bloquear uno de los pasos del proceso para un crecimiento tumoral ilimitado y detener la expresión de los genes correspondientes.
Las lesiones pueden afectar la expresión genética e influir en el tipo de célula que se necesita para reparar el daño. Virus y bacterias puede influir en la diferenciación celular. Por ejemplo, si una madre está infectada con una enfermedad como la rubéola, el feto en desarrollo puede verse influenciado en su diferenciación celular y puede desarrollar defectos de nacimiento.
Finalmente, los productos químicos tóxicos pueden afectar la diferenciación celular. Las sustancias que atacan o bloquean las sustancias químicas de señalización o que bloquean las posiciones de los receptores de señal en las membranas celulares pueden detener la actividad de señalización e influir en la diferenciación celular.
En el caso de estos factores ambientales, el organismo intenta responder adaptando o cambiando los procesos internos. Adaptación es eficaz para algunas de las influencias ambientales, pero para otras, el organismo puede sobrevivir pero exhibir defectos, o el organismo puede morir.