No decorrer diferenciação celular em organismos multicelulares, as células tornam-se especializadas e assumem funções como as dos nervos, músculos e células sanguíneas. Os fatores envolvidos no desencadeamento da diferenciação celular incluem sinalização celular, influências ambientais e o nível de desenvolvimento do organismo.
A diferenciação celular básica ocorre depois que um espermatozoide fertiliza um óvulo e o resultado zigoto atinge um certo tamanho. Nesse ponto, o zigoto começa a desenvolver diferentes tipos de células e precisa de células diferenciadas para assumir as funções especializadas.
O mecanismo que está na raiz da diferenciação celular é expressão genetica. Todas as células de um organismo têm conjuntos idênticos de genes porque o código genético foi copiado do óvulo original fertilizado pelo espermatozóide. Para assumir uma função especializada, uma célula apenas expressará ou usará alguns dos genes de seu código genético e ignorará o resto.
Por exemplo, uma célula que se diferencia para se tornar uma célula do fígado expressará o
A diferenciação celular ocorre em três situações:
- O crescimento de um organismo imaturo em um adulto.
- Normal volume de negócios de células, como células sanguíneas em organismos maduros.
- O reparar de tecidos danificados quando células especializadas precisam ser substituídas.
Em cada caso, a sinalização celular informa às células que tipo de célula especializada é necessária. As células indiferenciadas expressam os genes correspondentes para atender às necessidades do organismo.
A expressão do gene funciona fazendo cópias do gene
O código genético das células eucarióticas está localizado no DNA do núcleo. O DNA não pode deixar o núcleo, então a célula precisa copiar o gene que deseja expressar.
RNA mensageiro (mRNA) liga-se ao DNA e copia o gene relevante. O mRNA pode viajar para fora do núcleo e levar as instruções genéticas aos ribossomos que estão flutuando no citoplasma da célula ou que estão ligados ao retículo endoplasmático. O ribossomos produzir a proteína codificada pelo gene expresso.
Dependendo dos sinais recebidos pela célula, das influências ambientais e do estágio de desenvolvimento da célula, o processo de expressão gênica pode ser bloqueado em qualquer estágio. Se a proteína codificada pelo gene não for necessária ao organismo, o mRNA não copiará o gene e o processo de expressão do gene não será iniciado.
Mesmo depois que o mRNA copia o gene, a molécula de mRNA pode ser impedida de sair do núcleo ou pode não ser capaz de alcançar um ribossomo. Os ribossomos podem não produzir a proteína necessária, mesmo que o mRNA entregue o Código genético. Diferentes fatores podem influenciar a expressão gênica em todo esse processo de várias etapas.
Fatores internos que afetam a especialização celular
Os organismos têm várias maneiras de garantir que as células se desenvolvam nas células especializadas e diferenciadas necessárias.
O principal fator que impulsiona a diferenciação celular no corpo é a fabricação de proteínas. As células podem se diferenciar dependendo de quais genes são expressos e quais proteínas são codificadas nos genes expressos. As proteínas produzidas ajudam as células diferenciadas a desempenhar sua função especializada e permitem que digam a outras células o que estão fazendo por meio da sinalização celular.
Um outro mecanismo que pode influenciar a diferenciação celular é segregação assimétrica dentro divisão celular. Substâncias como proteínas especiais se reúnem em uma extremidade de uma célula. Quando a célula se divide, uma célula filha tem mais proteínas especiais do que a outra. As células tornam-se diferentes tipos de células devido à distribuição diferente de proteínas.
À medida que uma célula se diferencia, o tipo de especialização que ela pode assumir torna-se mais limitado. Embrionário células-tronco pode inicialmente se tornar qualquer tipo de célula, mas uma vez que a célula está madura e assumiu uma função especializada, muitas vezes não pode mais mudar. As células-tronco embrionárias são chamadas totipotente células porque ainda podem assumir qualquer função, enquanto células especializadas e maduras, totalmente diferenciadas, só podem desempenhar sua função especializada.
Segregação assimétrica produz células diferentes
A expressão gênica é responsável pela especialização celular, mas as células básicas devem ser capazes de assumir as funções especializadas. Antes que a diferenciação e a especialização celular possam ocorrer, o tipo certo de célula deve estar disponível. A segregação assimétrica pode produzir esses tipos diferentes de células. As células embrionárias totipotentes tornam-se um dos três tipos de pluripotente células que eventualmente se diferenciam em vários tecidos do corpo.
Os três tipos de células pluripotentes são:
-
Endoderma as células tornam-se o revestimento dos tratos respiratório e digestivo, bem como formam o fígado e muitas das principais glândulas, como o pâncreas.
- Mesoderm as células se diferenciam para formar músculos, ossos, tecido conjuntivo e coração.
- Ectoderma as células formam a pele e os nervos.
Enquanto a sinalização celular é responsável pela produção de alguns tipos de células diferentes e por células especialização, a segregação assimétrica atua no início do desenvolvimento celular para produzir pluripotentes células.
Transcrição de DNA ao mRNA ocorre de forma que o mRNA produz certas proteínas em uma extremidade da célula e diferentes proteínas na outra extremidade. A divisão celular resulta em dois tipos diferentes de células-filhas que podem continuar a produzir células com especializações diferentes.
A sinalização celular está na raiz da diferenciação celular
Os mecanismos internos que influenciam a diferenciação celular das células pluripotentes baseiam-se principalmente na sinalização celular. As células recebem sinais químicos que lhes dizem que tipo de célula ou que tipo de proteína é necessária.
Os mecanismos de sinalização celular incluem:
- Difusão, em que as células liberam produtos químicos que se espalham pelos tecidos.
- Contato direto, em que as células têm produtos químicos especiais em suas membranas celulares.
- Junções de lacuna, em que os produtos químicos de sinalização podem passar diretamente de uma célula para outra.
As células enviam continuamente mensagens químicas sobre suas atividades e recebem sinais sobre o que está acontecendo em sua vizinhança imediata, nos tecidos onde estão localizados e no corpo em ampla. Esses sinais são os principais fatores que afetam a especialização celular, e a sinalização celular é o principal fator que impulsiona a diferenciação celular no corpo.
Sinalização celular por difusão influencia o desenvolvimento do tecido
As células tornam-se sensíveis a certos sinais químicos porque têm receptores em sua membrana celular. Os receptores dependem do tipo de célula, como ela se desenvolveu e quais genes estão sendo expressos. Conforme os receptores são ativados, a célula se diferencia ainda mais.
Quando uma célula envia um sinal para muitas células próximas, ela emite uma substância química que se difunde através do tecido no qual a célula está inserida. O sinal químico é capturado por receptores nas membranas celulares das células vizinhas e dispara uma resposta dentro de cada célula. Essas respostas ajudam a fazer com que as células se diferenciem de uma forma que constrói tecido.
Por exemplo, as células que se tornarão parte de um fígado emitem substâncias químicas que acionam os receptores correspondentes nas células próximas, e todas as células naquele local se diferenciam para se tornarem células do fígado. À medida que o tecido hepático se forma, a sinalização celular adicional faz com que algumas células se diferenciem em células ductais ou tecido de conexão. Eventualmente, as células diferenciadas formam um fígado completo e funcional.
A sinalização celular local permite que as células reconheçam seus vizinhos
Para se desenvolver nas células especializadas necessárias ao organismo, as células precisam saber o que outras células em seu entorno imediato estão fazendo. Receptores especiais para contato célula a célula e junções de hiato entre células facilitam a troca direta de sinais entre células vizinhas. As células podem garantir que seus arredores correspondam à sua especialização diferenciada.
Dentro sinalização célula a célula, proteínas receptoras especialmente formadas na superfície de uma célula correspondem às proteínas correspondentes na membrana de uma célula vizinha. Quando as células entram em contato, as duas proteínas se ligam e um sinal é disparado de uma célula para a outra. O sinal passa pela membrana celular e entra na célula, onde causa um comportamento específico da célula.
Por exemplo, as células da pele precisam ter certeza de que têm outras células da pele ao seu redor, mas algumas células da pele terão as células do tecido subjacente abaixo delas. A sinalização célula a célula permite que as células garantam que seus arredores correspondam à sua diferenciação.
As junções gap são ligações especiais entre células vizinhas que permitem uma troca fácil e direta de proteínas que atuam como mensagens. Usando junções de hiato, as células podem coordenar suas atividadese trocar sinais com rapidez e facilidade.
Por exemplo, células nervosas usar junções comunicantes para estabelecer caminhos nervosos, e junções comunicantes permitem que as células se diferenciem no tipo de célula nervosa que é apropriada para sua localização na pele, na medula espinhal ou no cérebro.
Fatores que afetam a sinalização celular influenciam a diferenciação celular
A sinalização celular e a diferenciação celular resultante são processos complexos com muitas etapas. Os sinais devem ser produzidos, propagados, recebidos e postos em prática. Os gatilhos resultantes de sinais de celular devem funcionar conforme o esperado. Fatores que interrompem qualquer uma das etapas podem influenciar a diferenciação celular e causar alterações no organismo.
Fatores que podem influenciar e interromper a sinalização celular e a diferenciação celular incluem a falta de nutrientes; se uma célula não pode produzir uma proteína porque não tem os blocos de construção, ela não pode diferenciar. Mutações no código genético são outro problema.
Se o DNA estiver com defeito ou a transcrição estiver errada, o processo de sinalização e diferenciação é interrompido. Além disso, se os produtos químicos de sinalização forem bloqueados ou os receptores celulares estiverem cheios de ligações químicas não sinalizadoras, o processo de sinalização não funcionará corretamente.
Fatores ambientais podem influenciar a diferenciação celular
Influências do meio ambiente do organismo que podem afetar a sinalização celular, a expressão gênica e a diferenciação celular podem alterar, interromper ou interromper o processo. Alguns fatores ambientais são usados pelo organismo para adaptação, alguns podem ser usados para combater doenças e alguns prejudicar ou matar o organismo.
Por exemplo, a temperatura ambiente pode influenciar o desenvolvimento de alguns organismos. As temperaturas mais altas aceleram o crescimento das células e sua diferenciação, enquanto as baixas temperaturas diminuem ou interrompem o desenvolvimento.
As drogas podem interromper a diferenciação celular prejudicial. Por exemplo, as drogas podem bloquear uma das etapas do processo para o crescimento tumoral ilimitado e interromper a expressão dos genes correspondentes.
Lesões podem afetar a expressão gênica e influenciar o tipo de célula necessária para reparar o dano. Vírus e bactérias pode influenciar a diferenciação celular. Por exemplo, se a mãe está infectada com uma doença como a rubéola, o feto em desenvolvimento pode ter sua diferenciação celular influenciada e pode desenvolver defeitos congênitos.
Finalmente, os produtos químicos tóxicos podem afetar a diferenciação celular. As substâncias que atacam ou bloqueiam os produtos químicos de sinalização ou que bloqueiam as posições dos receptores de sinal nas membranas celulares podem interromper a atividade de sinalização e influenciar a diferenciação celular.
No caso desses fatores ambientais, o organismo tenta responder adaptando ou alterando processos internos. Adaptação é eficaz para algumas das influências ambientais, mas para outras, o organismo pode sobreviver, mas exibir defeitos, ou pode morrer.