Cellen in meercellige organismen moeten gespecialiseerde rollen op zich nemen en moeten weten wanneer ze specifieke activiteiten moeten uitvoeren. Cellen coördineren hun acties via verschillende soorten cellulaire communicatie, ook wel cel signalering. Typische celsignalen zijn chemisch van aard en kunnen lokaal of voor het organisme in het algemeen worden gericht.
Mobiele communicatie is een meertraps proces dat het volgende omvat:
- Het chemische signaal verzenden.
- Het signaal ontvangen op de buitenmembraanreceptor van de doelcel.
- Het signaal doorsturen naar het binnenste van de doelcel.
- Het gedrag van de doelcel veranderen.
De verschillende soorten cellulaire communicatie volgen allemaal dezelfde stappen, maar onderscheiden zich door de snelheid van het signaleringsproces en de afstand waarop het werkt. Zenuwcellen signaleren snel maar lokaal, terwijl klieren die hormonen afgeven langzamer werken, maar door het hele organisme.
De verschillende soorten cellulaire signalering zijn geëvolueerd om rekening te houden met de snelheids- en afstandsvereisten voor verschillende celfuncties.
Cellen communiceren met vier soorten signalen
Cellen gebruiken verschillende soorten signalering, afhankelijk van welke andere cellen ze willen bereiken. De vier soorten celcommunicatie zijn:
-
Paracrien: De signalerende cel scheidt een chemische stof af die lokaal naar de doelcellen diffundeert.
- autocrien: Vergelijkbaar met paracriene signalering, maar de doelcel is de signalerende cel. De cel stuurt signalen van het ene celmembraangebied naar het andere.
- Endocrien: Endocriene signalering produceert een hormoon dat via de bloedsomloop door het organisme reist.
- synaptisch: De zendende en ontvangende cellen hebben een synaptische structuur gebouwd die hun celmembranen in nauw contact brengt voor gemakkelijke uitwisseling van signalen.
Cellen geven chemische signalen af om andere cellen te laten weten welke acties ze ondernemen, en ze ontvangen signalen die hen informeren over de activiteiten van andere organismecellen. Acties zoals: celverdeling, celgroei, celdood en de productie van eiwitten wordt gecoördineerd door de verschillende soorten celsignalering.
Paracriene signalen houden orde in de celbuurt
Tijdens paracriene signalering scheidt een cel een chemische stof af die uiteindelijk specifieke veranderingen in het gedrag van naburige cellen veroorzaakt. De oorspronkelijke cel produceert het chemische signaal dat zich door het nabijgelegen weefsel verspreidt. De chemische stof is niet stabiel en gaat achteruit als hij lange afstanden moet afleggen.
Als gevolg hiervan wordt paracriene signalering gebruikt voor: lokale celcommunicatie.
De chemische stof die de cel produceert, is gericht op andere specifieke cellen. De beoogde cellen hebben receptoren op hun celmembranen voor de uitgescheiden chemische stof. Niet-gerichte cellen hebben niet de vereiste receptoren en worden niet beïnvloed. De uitgescheiden chemische stof hecht zich aan de receptoren van de beoogde cellen en veroorzaakt een reactie in de cel. De reactie beïnvloedt op zijn beurt het gerichte celgedrag.
Bijvoorbeeld, huidcellen groeien in lagen waarbij de bovenste laag bestaat uit dode cellen. Onder de onderste laag huidcellen liggen cellen van een ander weefsel. Lokale celsignalering zorgt ervoor dat de huidcellen weten in welke laag ze zich bevinden en of ze zich moeten delen om dode cellen te vervangen.
Paracriene signalering wordt ook gebruikt om binnen te communiceren spierweefsel. Een paracrien chemisch signaal van de zenuwcellen in de spier zorgt ervoor dat de spiercellen samentrekken, waardoor spierbeweging in het grotere organisme mogelijk wordt.
Autocriene signalering kan groei bevorderen
Autocriene signalering is vergelijkbaar met paracriene signalering, maar werkt in op de cel die het signaal aanvankelijk uitscheidt. De oorspronkelijke cel produceert een chemisch signaal, maar de receptoren voor het signaal bevinden zich op dezelfde cel. Hierdoor stimuleert de cel zichzelf om zijn gedrag te veranderen.
Een cel kan bijvoorbeeld een chemische stof afscheiden die de celgroei bevordert. Het signaal verspreidt zich door het lokale weefsel, maar wordt opgevangen door receptoren op de oorspronkelijke cel. De cel die het signaal heeft uitgescheiden, wordt vervolgens gestimuleerd om meer te groeien.
Deze functie is nuttig bij embryo's waar groei belangrijk is, en bevordert ook effectieve celdifferentiatie, wanneer autocriene signalering de identiteit van een cel versterkt. Autocriene zelfstimulatie is zeldzaam in volwassen gezond weefsel, maar kan bij sommige vormen van kanker worden gevonden.
Endocriene signalering beïnvloedt het hele organisme
Bij endocriene signalering scheidt de oorspronkelijke cel een hormoon af dat stabiel is over lange afstanden. Het hormoon diffundeert door het celweefsel in haarvaten en reist door de bloedsomloop van het organisme.
Endocriene hormonen verspreiden zich door het lichaam en richten zich op cellen op locaties die ver verwijderd zijn van de signaalcel. De beoogde cellen hebben receptoren voor het hormoon en veranderen hun gedrag wanneer de receptoren worden geactiveerd.
Cellen in de bijnier produceren bijvoorbeeld het hormoon adrenaline, waardoor het lichaam in de "vecht- of vlucht"-modus gaat. Het hormoon verspreidt zich door het lichaam in het bloed en veroorzaakt reacties in gerichte cellen. Aderen vernauwen om de bloeddruk voor de spieren te verhogen, het hart pompt sneller en sommige zweetklieren worden geactiveerd. Het hele organisme wordt in een staat van gereedheid voor extra inspanning gebracht.
Het hormoon is overal hetzelfde, maar wanneer het receptoren op cellen activeert, veranderen de cellen hun gedrag op verschillende manieren.
Synaptische signalering verbindt twee cellen
Wanneer twee cellen continu uitgebreide signalen moeten uitwisselen, is het zinvol om speciale communicatiestructuren te bouwen om de uitwisseling van chemische signalen te vergemakkelijken. De synaps is een celverlenging die de buitenste celmembranen van twee cellen dicht bij elkaar brengt. De signalering over een synaps verbindt altijd slechts twee cellen, maar een cel kan zulke nauwe associaties hebben met meerdere cellen tegelijk.
Chemische signalen die vrijkomen in de synaptische kloof worden onmiddellijk opgenomen door de partnercelreceptoren. Voor sommige cellen is de opening zo klein dat de cellen elkaar effectief raken. In dat geval kunnen chemische signalen op het buitenste celmembraan van de ene cel rechtstreeks contact maken met receptoren op het membraan van de andere cel, en de communicatie is bijzonder snel.
Typische synaptische communicatie vindt plaats tussen: neuronen in de hersenen. De hersencellen construeren synapsen om geprefereerde communicatiekanalen tot stand te brengen met sommige naburige cellen. De cellen kunnen dan bijzonder goed communiceren met hun synaptische communicatiepartners, waarbij chemische signalen snel en frequent worden uitgewisseld.
Het signaalontvangstproces is vergelijkbaar voor alle soorten mobiele communicatie
Het verzenden van een cellulair communicatiesignaal is relatief eenvoudig omdat de cel de chemische stof afscheidt en het signaal wordt verdeeld volgens het type. Het ontvangen van een signaal is ingewikkelder omdat de signaalstof buiten de doelcel blijft. Voordat het signaal het celgedrag kan veranderen, moet het de cel binnenkomen en de verandering activeren.
Ten eerste moet de doelcel receptoren hebben die overeenkomen met het chemische signaal. De receptoren zijn chemicaliën op het oppervlak van de cel die aan bepaalde chemische signalen kunnen binden. Wanneer een receptor zich bindt aan een chemisch signaal, geeft het een trigger af aan de binnenkant van het celmembraan.
De trigger activeert dan een proces van signaaltransductie waarbij de geactiveerde chemische stof zich richt op een deel van de cel waar het gedrag van de cel zou moeten veranderen.
Genexpressie is een mechanisme voor veranderingen in celgedrag
Cellen groeien en delen als gevolg van signalen van andere cellen. Een dergelijk groeisignaal bindt zich aan de doelcelreceptoren en veroorzaakt een signaaltransductie in de cel. De transductiestof komt de celkern binnen en zorgt ervoor dat de cel de groei en daaropvolgende celdeling in gang zet.
De chemische transductie bereikt dit door te beïnvloeden: genexpressie. Het activeert de genen die verantwoordelijk zijn voor de aanmaak van extra celeiwitten die de cel laten groeien en delen. De cel brengt een nieuwe reeks genen tot expressie en verandert zijn gedrag op basis van het ontvangen signaal.
Cellen kunnen hun gedrag ook veranderen op basis van celsignalen door de hoeveelheid energie die ze produceren te veranderen, de hoeveelheden chemicaliën die ze afscheiden te veranderen of zich bezig te houden met celdeling. apoptose of gecontroleerde celdood. De cellulaire communicatiecyclus blijft hetzelfde, met cellen die signalen voortbrengen, doelcellen die ze ontvangen en doelcellen die vervolgens hun gedrag veranderen op basis van het ontvangen signaal.