Celulele din organismele multicelulare trebuie să își asume roluri specializate și trebuie să știe când să desfășoare activități specifice. Celulele își coordonează acțiunile prin diferite tipuri de comunicare celulară, numite și semnalizare celulară. Semnalele tipice ale celulei sunt de natură chimică și pot fi vizate local sau pentru organism în general.
Comunicarea celulară este un proces cu mai multe etape care include următoarele:
- Trimiterea semnalului chimic.
- Primirea semnalului la receptorul membranei externe a celulei țintă.
- Transmiterea semnalului în interiorul celulei țintă.
- Schimbarea comportamentului celulei țintă.
Diferitele tipuri de comunicare celulară urmează toți aceiași pași, dar se disting prin viteza procesului de semnalizare și distanța la care acționează. Celulele nervoase semnalizează rapid, dar local, în timp ce glandele care eliberează hormoni funcționează mai lent, dar în tot organismul.
Diferitele tipuri de semnalizare celulară au evoluat pentru a ține cont de cerințele de viteză și distanță pentru diferite funcții ale celulei.
Celulele comunică cu patru tipuri de semnale
Celulele utilizează diferite tipuri de semnalizare în funcție de ce alte celule doresc să ajungă. Cele patru tipuri de comunicare celulară sunt:
-
Paracrin: Celula de semnalizare secretă o substanță chimică care difuzează local către celulele țintă.
- Autocrin: Similar semnalizării paracrine, dar celula țintă este celula de semnalizare. Celula trimite semnale dintr-o zonă a membranei celulare în alta.
- Endocrin: Semnalizarea endocrină produce un hormon care se deplasează prin organism prin sistemul circulator.
- Sinaptic: Celulele de trimitere și recepție au construit o structură sinaptică care aduce membranele celulare în contact strâns pentru schimbul ușor de semnale.
Celulele eliberează semnale chimice pentru a informa alte celule ce acțiuni întreprind și primesc semnale care le informează despre activitățile altor celule ale organismului. Acțiuni precum diviziune celulara, creșterea celulară, moartea celulară și producția de proteine este coordonată prin diferitele tipuri de semnalizare celulară.
Semnalele paracrine păstrează ordinea în cartierul celular
În timpul semnalizării paracrine, o celulă secretă o substanță chimică care în cele din urmă determină modificări specifice în comportamentul celulelor vecine. Celula de origine produce semnalul chimic care difuzează în țesutul din apropiere. Produsul chimic nu este stabil și se deteriorează dacă trebuie să parcurgă distanțe mari.
Ca rezultat, semnalizarea paracrină este utilizată pentru comunicare cu celule locale.
Substanța chimică pe care o produce celula este direcționată către alte celule specifice. Celulele vizate au receptori pe membranele lor celulare pentru substanța chimică secretată. Celulele nevizate nu au receptorii necesari și nu sunt afectați. Produsul chimic secretat se atașează de receptorii celulelor vizate și declanșează o reacție în interiorul celulei. La rândul său, reacția influențează comportamentul celular vizat.
De exemplu, Celulele pielii cresc în straturi cu stratul superior alcătuit din celule moarte. Celulele unui țesut diferit se află sub stratul inferior al celulelor pielii. Semnalizarea celulară locală asigură faptul că celulele pielii știu în ce strat sunt situate și dacă trebuie să se împartă pentru a înlocui celulele moarte.
Semnalizarea paracrină este, de asemenea, utilizată pentru a comunica în interior tesut muscular. Un semnal chimic paracrin din celulele nervoase din mușchi determină contractarea celulelor musculare, permițând mișcarea musculară în organismul mai mare.
Semnalizarea autocrină poate promova creșterea
Semnalizarea autocrină este similară semnalizării paracrine, dar acționează asupra celulei care secretă inițial semnalul. Celula originală produce un semnal chimic, dar receptorii pentru semnal se află pe aceeași celulă. Ca urmare, celula se stimulează pe sine însăși să-și schimbe comportamentul.
De exemplu, o celulă ar putea secreta o substanță chimică care promovează creșterea celulelor. Semnalul se difuzează în țesutul local, dar este captat de receptorii de pe celula de origine. Celula care a secretat semnalul este apoi stimulată să se angajeze într-o creștere mai mare.
Această caracteristică este utilă la embrioni unde creșterea este importantă și promovează, de asemenea, diferențierea celulară eficientă, atunci când semnalizarea autocrină întărește identitatea unei celule. Auto-stimularea autocrină este rară în țesutul sănătos al adulților, dar poate fi găsită în unele tipuri de cancer.
Semnalizarea endocrină afectează întregul organism
În semnalizarea endocrină, celula originară secretă un hormon stabil pe distanțe mari. Hormonul se difuzează prin țesutul celular în capilare și se deplasează prin sistemul circulator al organismului.
Hormonii endocrini se răspândesc în tot corpul și țintesc celulele în locații care sunt îndepărtate de celula de semnalizare. Celulele vizate au receptori pentru hormon și își schimbă comportamentul atunci când receptorii sunt activați.
De exemplu, celulele din glanda suprarenală produc hormonul adrenalină, ceea ce face ca organismul să intre în modul „luptă sau zbor”. Hormonul se răspândește în tot corpul în sânge și provoacă reacții în celulele vizate. Vase de sânge constrâng pentru a crește tensiunea arterială pentru mușchi, inima pompează mai repede și unele glande sudoripare sunt activate. Întregul organism este plasat într-o stare de pregătire pentru un efort suplimentar.
Hormonul este același peste tot, dar atunci când declanșează receptori pe celule, celulele își schimbă comportamentul în moduri diferite.
Semnalizarea sinaptică leagă două celule
Când două celule trebuie să schimbe continuu semnalizarea extinsă, este logic să construim structuri speciale de comunicare pentru a facilita schimbul de semnale chimice. sinapsă este o extensie celulară care aduce membranele celulare exterioare ale a două celule în imediata apropiere. Semnalizarea printr-o sinapsă leagă întotdeauna doar două celule, dar o celulă poate avea asociații atât de strânse cu mai multe celule în același timp.
Semnalele chimice eliberate în decalaj sinaptic sunt preluate imediat de receptorii celulelor partenere. Pentru unele celule, decalajul este atât de mic încât celulele se ating efectiv. În acest caz, semnalele chimice de pe membrana celulei exterioare ale unei celule pot angaja direct receptorii de pe membrana celeilalte celule, iar comunicarea este deosebit de rapidă.
Comunicarea sinaptică tipică are loc între neuroni în creier. Celulele creierului construiesc sinapse pentru a stabili canale de comunicare preferate cu unele celule vecine. Celulele pot comunica atunci foarte bine cu partenerii lor de comunicare sinaptică, schimbând semnale chimice rapid și frecvent.
Procesul de recepție a semnalului este similar pentru toate tipurile de comunicații celulare
Trimiterea unui semnal de comunicație celulară este relativ direct, deoarece celula secretă substanța chimică și semnalul este distribuit în funcție de tipul său. Primirea unui semnal este mai complicată deoarece substanța chimică a semnalului rămâne în afara celulei țintă. Înainte ca semnalul să poată schimba comportamentul celulei, acesta trebuie să intre în celulă și să declanșeze schimbarea.
În primul rând, celula țintă trebuie să aibă receptori corespunzători semnalului chimic. Receptorii sunt substanțe chimice de pe suprafața celulei care se pot lega de anumite semnale chimice. Când un receptor se leagă de un semnal chimic, eliberează un declanșator în interiorul membranei celulare.
Declanșatorul implică apoi un proces de transducția semnalului în care substanța chimică declanșată vizează o parte a celulei în care comportamentul celulei ar trebui să se schimbe.
Expresia genică este un mecanism pentru modificările comportamentului celular
Celulele cresc și se divid ca urmare a semnalizării din alte celule. Un astfel de semnal de creștere se leagă de receptorii celulei țintă și declanșează o transducție a semnalului în interiorul celulei. Produsul chimic de transducție intră în nucleul celular și determină celula să inițieze creșterea și diviziunea celulară ulterioară.
Produsul chimic de transducție realizează acest lucru influențând expresia genelor. Activează genele care sunt responsabile pentru producerea de proteine celulare suplimentare care fac ca celula să crească și să se divizeze. Celula exprimă un nou set de gene și își schimbă comportamentul în funcție de semnalul primit.
Celulele își pot schimba comportamentul în funcție de semnalele celulare schimbând cantitatea de energie pe care o produc, schimbând cantitățile de substanțe chimice pe care le secretă sau se angajează în celulă apoptoza sau moartea celulelor controlate. Ciclul de comunicare celulară rămâne același, cu celule care generează semnale, celule țintă care le primesc și celule țintă schimbându-și comportamentul în funcție de semnalul primit.