Dažādi šūnu komunikācijas veidi

Šūnām daudzšūnu organismos ir jāuzņemas īpaša loma, un tām jāzina, kad veikt konkrētas darbības. Šūnas koordinē savas darbības, izmantojot dažādus šūnu sakarus, ko sauc arī šūnu signalizācija. Tipiski šūnu signāli pēc būtības ir ķīmiski, un tos var mērķēt lokāli vai organismam kopumā.

Šūnu sakari ir daudzpakāpju process, kas ietver:

• Sūta ķīmisko signālu.
• Signāla saņemšana pie mērķa šūnas ārējās membrānas receptora.
  
• Signāla nodošana mērķa šūnas interjerā.
• Mērķa šūnas uzvedības maiņa.

Dažādie mobilo sakaru veidi veic vienus un tos pašus soļus, bet atšķir sevi pēc signalizācijas procesa ātruma un attāluma, kādā tas darbojas. Nervu šūnas ātri, bet lokāli signalizē, kamēr dziedzeri, kas atbrīvo hormonus, darbojas lēnāk, bet visā organismā.

Dažādie šūnu signālu veidi ir attīstījušies, lai ņemtu vērā ātruma un attāluma prasības dažādām šūnu funkcijām.

Šūnas izmanto dažādus signālu veidus atkarībā no tā, kuras citas šūnas viņi vēlas sasniegt. Četri šūnu sakaru veidi ir:

• Parakrīns: Signalizējošā šūna izdala ķīmisku vielu, kas lokāli difundē mērķa šūnās.
  
• Autokrīns: Līdzīgi kā parakrīna signalizācija, bet mērķa šūna ir signāla šūna. Šūna sūta signālus no vienas šūnas membrānas zonas uz otru.
• Endokrīnās sistēmas: Endokrīnā signalizācija rada hormonu, kas caur asinsrites sistēmu pārvietojas pa visu organismu.
• Sinaptisks: Nosūtošās un saņemošās šūnas ir izveidojušas sinaptisku struktūru, kas to šūnu membrānas cieši saskaras, lai viegli apmainītos ar signāliem.

Šūnas izdala ķīmiskos signālus, lai citas šūnas zinātu, kādas darbības tās veic, un tās saņem signālus, kas informē viņus par citu organisma šūnu darbību. Tādas darbības kā šūnu dalīšanāsšūnu augšana, šūnu nāve un olbaltumvielu ražošana tiek koordinēta, izmantojot dažādus šūnu signālu veidus.

Parakrīna signalizācijas laikā šūna izdala ķīmisku vielu, kas galu galā izraisa īpašas izmaiņas kaimiņu šūnu uzvedībā. Izcelsmes šūna rada ķīmisko signālu, kas izkliedējas tuvējos audos. Ķīmiska viela nav stabila un pasliktinās, ja tai jābrauc lielos attālumos.

Rezultātā tiek izmantota parakrīna signalizācija vietējo šūnu komunikācija.

Ķīmiskā viela, ko šūna ražo, ir vērsta uz citām specifiskām šūnām. Mērķa šūnās šūnu membrānās ir receptori sekrētajai ķimikālijai. Šūnām, kas nav mērķētas, nav nepieciešamo receptoru, un tās netiek ietekmētas. Izdalītā ķīmiskā viela piesaista mērķa šūnu receptorus un izraisa reakciju šūnas iekšienē. Reakcija savukārt ietekmē mērķtiecīgu šūnu uzvedību.

Piemēram, ādas šūnas aug slāņos ar augšējo slāni, kas sastāv no atmirušajām šūnām. Dažādu audu šūnas atrodas zem ādas šūnu apakšējā slāņa. Vietējā šūnu signalizācija nodrošina, ka ādas šūnas zina, kurā slānī tās atrodas un vai tām ir jādalās, lai aizstātu atmirušās šūnas.

Parakrīna signalizācija tiek izmantota arī saziņai iekšpusē muskuļu audi. Parakrīna ķīmiskais signāls no muskuļa nervu šūnām liek muskuļu šūnām sarauties, ļaujot muskuļiem pārvietoties lielākā organismā.

Autokrīnā signalizācija ir līdzīga parakrīnai signalizācijai, taču tā iedarbojas uz šūnu, kas sākotnēji izdala signālu. Sākotnējā šūna rada ķīmisku signālu, bet signāla receptori atrodas tajā pašā šūnā. Tā rezultātā šūna stimulē sevi mainīt savu uzvedību.

Piemēram, šūna varētu izdalīt ķīmisku vielu, kas veicina šūnu augšanu. Signāls izkliedējas pa vietējiem audiem, bet to uztver izcelsmes šūnas receptori. Šūna, kas izdalīja signālu, tiek stimulēta iesaistīties vairāk izaugsmē.

Šī funkcija ir noderīga embrijos, kur augšanai ir liela nozīme, un tā arī veicina efektīvu šūnu diferenciāciju, kad autokrīnā signalizācija pastiprina šūnas identitāti. Autokrīnā pašstimulācija pieaugušo veselos audos ir reta, taču to var atrast dažos vēža gadījumos.

Veicot endokrīnās signalizācijas, sākotnējā šūna izdala hormonu, kas ir stabils lielos attālumos. Hormons caur šūnu audiem izkliedējas kapilāros un pārvietojas caur organisma asinsrites sistēmu.

Endokrīnie hormoni izplatās visā ķermenī un mērķa šūnās vietās, kas atrodas tālu no signālu šūnas. Mērķtiecīgajām šūnām ir hormona receptori, un, aktivizējot receptorus, tās mainās.

Piemēram, virsnieru dziedzera šūnas ražo hormonu adrenalīnu, kas liek ķermenim pāriet "cīņas vai bēgšanas" režīmā. Hormons asinīs izplatās visā ķermenī un izraisa reakcijas mērķa šūnās. Asinsvadi saspiest, lai palielinātu muskuļu asinsspiedienu, sirds ātrāk sūknējas un tiek aktivizēti daži sviedru dziedzeri. Viss organisms tiek ievietots gatavības stāvoklī papildu piepūlei.

Hormons visur ir vienāds, bet, kad tas iedarbina receptorus uz šūnām, šūnas dažādos veidos maina savu uzvedību.

Kad divām šūnām nepārtraukti jāapmainās ar plašu signālu, ir jēga veidot īpašas sakaru struktūras, lai atvieglotu ķīmisko signālu apmaiņu. The sinapsē ir šūnu pagarinājums, kas tuvina divu šūnu ārējās šūnu membrānas. Signalizācija pāri sinapsei vienmēr saista tikai divas šūnas, bet vienai vienībai var būt tik ciešas asociācijas ar vairākām šūnām vienlaikus.

Ķīmiskie signāli, kas izdalīti sinaptiskā plaisa nekavējoties uzņem partneršūnu receptori. Dažām šūnām atstarpe ir tik maza, ka šūnas efektīvi pieskaras. Tādā gadījumā ķīmiskie signāli uz vienas šūnas ārējās šūnas membrānas var tieši saistīt receptorus uz otras šūnas membrānas, un komunikācija notiek īpaši ātri.

Tipiska sinaptiskā komunikācija notiek starp neironi smadzenēs. Smadzeņu šūnas konstruē sinapses, lai izveidotu vēlamos saziņas kanālus ar dažām kaimiņu šūnām. Šūnas tad var īpaši labi sazināties ar saviem sinaptiskajiem sakaru partneriem, ātri un bieži apmainoties ar ķīmiskajiem signāliem.

Šūnu sakaru signāla nosūtīšana ir samērā taisna, jo šūna izdala ķīmisko vielu un signāls tiek sadalīts atbilstoši tā tipam. Signāla saņemšana ir sarežģītāka, jo signāla ķimikālija paliek ārpus mērķa šūnas. Pirms signāls var mainīt šūnas uzvedību, tam jāieiet šūnā un jāizraisa izmaiņas.

Pirmkārt, mērķa šūnā jābūt receptoriem, kas atbilst ķīmiskajam signālam. Receptori ir ķīmiskas vielas uz šūnas virsmas, kas var saistīties ar noteiktiem ķīmiskiem signāliem. Kad receptors saistās ar ķīmisko signālu, tas atbrīvo sprūdu šūnas membrānas iekšpusē.

Pēc tam sprūda iesaista procesu signāla pārraide kurā iedarbinātā ķīmiska viela ir vērsta uz šūnas daļu, kur jāmainās šūnas uzvedībai.

Šūnas aug un dalās signāla rezultātā no citām šūnām. Šāds augšanas signāls saistās ar mērķa šūnu receptoriem un izraisa signāla transdukciju šūnas iekšienē. Transdukcijas ķīmiskā viela nonāk šūnas kodolā un liek šūnai sākt augšanu un sekojošu šūnu dalīšanos.

Transdukcijas ķīmiskā viela to paveic, ietekmējot gēnu ekspresija. Tas aktivizē gēnus, kas ir atbildīgi par papildu šūnu olbaltumvielu ražošanu, kas liek šūnai augt un dalīties. Šūna izsaka jaunu gēnu kopu un maina savu uzvedību atbilstoši saņemtajam signālam.

Šūnas var arī mainīt savu uzvedību atbilstoši šūnu signāliem, mainot saražotās enerģijas daudzumu, mainot izdalīto ķīmisko vielu daudzumu vai iesaistoties šūnā apoptoze vai kontrolēta šūnu nāve. Šūnu sakaru cikls paliek nemainīgs, šūnām radot signālus, mērķa šūnas tās saņem un mērķa šūnas pēc tam maina savu uzvedību atbilstoši saņemtajam signālam.