Rôzne typy bunkovej komunikácie

Bunky v mnohobunkových organizmoch musia zastávať špecializované úlohy a musia vedieť, kedy majú vykonávať špecifické činnosti. Bunky koordinujú svoje činnosti prostredníctvom rôznych typov bunkovej komunikácie, ktoré sa tiež nazývajú bunková signalizácia. Typické bunkové signály majú chemickú povahu a môžu byť zacielené lokálne alebo pre organizmus všeobecne.

Bunková komunikácia je viacstupňový proces, ktorý zahŕňa nasledujúce:

• Vysiela sa chemický signál.
• Prijímanie signálu na receptor vonkajšej membrány cieľovej bunky.
  
• Vysielanie signálu do vnútra cieľovej bunky.
• Zmena správania cieľovej bunky.

Všetky rôzne typy bunkovej komunikácie postupujú podľa rovnakých krokov, líšia sa však rýchlosťou procesu signalizácie a vzdialenosťou, v ktorej koná. Nervové bunky signalizujú rýchlo, ale lokálne, zatiaľ čo žľazy uvoľňujúce hormóny pracujú pomalšie, ale v celom tele.

Rôzne typy bunkovej signalizácie sa vyvinuli tak, aby zohľadňovali požiadavky na rýchlosť a vzdialenosť pre rôzne funkcie bunky.

Bunky používajú rôzne typy signalizácie podľa toho, do ktorých ďalších buniek sa chcú dostať. Štyri typy bunkovej komunikácie sú:

• Parakrin: Signalizačná bunka vylučuje chemickú látku, ktorá lokálne difunduje do cieľových buniek.
  
• Autokrinný: Podobne ako parakrinná signalizácia, ale cieľová bunka je signalizačná bunka. Bunka vysiela signály z jednej oblasti bunkovej membrány do druhej.
• Endokrinný: Endokrinná signalizácia produkuje hormón, ktorý putuje celým organizmom cez obehový systém.
• Synaptické: Vysielajúce a prijímajúce bunky majú vybudovanú synaptickú štruktúru, vďaka ktorej sú ich bunkové membrány v tesnom kontakte pre ľahkú výmenu signálov.

Bunky uvoľňujú chemické signály, aby dali ostatným bunkám vedieť, aké kroky podnikajú, a prijímajú signály, ktoré ich informujú o aktivitách buniek iného organizmu. Akcie ako napr bunkové delenie, bunkový rast, bunková smrť a produkcia proteínov sa koordinuje prostredníctvom rôznych typov bunkovej signalizácie.

Počas parakrinnej signalizácie bunka vylučuje chemikáliu, ktorá nakoniec spôsobí špecifické zmeny v správaní susedných buniek. Pôvodná bunka produkuje chemický signál, ktorý difunduje do okolitého tkaniva. Chemikália nie je stabilná a zhoršuje sa, ak musí cestovať na veľké vzdialenosti.

Vo výsledku sa využíva parakrinná signalizácia lokálna bunková komunikácia.

Chemikália, ktorú bunka produkuje, je zameraná na ďalšie špecifické bunky. Cieľové bunky majú na svojich bunkových membránach receptory pre vylučovanú chemikáliu. Necielené bunky nemajú požadované receptory a nie sú ovplyvnené. Vylučovaná chemikália sa viaže na receptory cieľových buniek a spúšťa reakciu vo vnútri bunky. Reakcia zase ovplyvňuje cielené správanie buniek.

Napríklad, kožné bunky rastú vo vrstvách, pričom vrchnú vrstvu tvoria odumreté bunky. Bunky iného tkaniva ležia pod spodnou vrstvou kožných buniek. Lokálna bunková signalizácia zaisťuje, že kožné bunky vedia, v ktorej vrstve sa nachádzajú a či sa musia deliť, aby nahradili mŕtve bunky.

Parakrinná signalizácia sa používa aj na komunikáciu vo vnútri svalové tkanivo. Parakrinný chemický signál z nervových buniek vo svale spôsobuje ich stiahnutie, čo umožňuje pohyb svalov vo väčšom organizme.

Autokrinná signalizácia je podobná ako parakrinná signalizácia, ale pôsobí na bunku, ktorá pôvodne sekretuje signál. Pôvodná bunka produkuje chemický signál, ale receptory pre signál sú v tej istej bunke. Vďaka tomu sa bunka stimuluje k zmene svojho správania.

Napríklad bunka môže vylučovať chemikáliu, ktorá podporuje rast buniek. Signál difunduje do miestneho tkaniva, ale je zachytený receptormi v pôvodnej bunke. Bunka, ktorá sekretovala signál, je potom stimulovaná, aby sa zapojila do ďalšieho rastu.

Táto vlastnosť je užitočná u embryí, kde je dôležitý rast, a tiež podporuje účinnú diferenciáciu buniek, keď autokrinná signalizácia posilňuje identitu bunky. Autokrinná samostimulácia je v dospelom zdravom tkanive zriedkavá, ale možno ju nájsť pri niektorých typoch rakoviny.

Pri endokrinnej signalizácii pôvodná bunka vylučuje hormón, ktorý je stabilný na veľké vzdialenosti. Hormón difunduje cez bunkové tkanivo do kapilár a cestuje obehovou sústavou organizmu.

Endokrinné hormóny sa šíria po tele a cieľových bunkách na miestach, ktoré sú vzdialené od signálnej bunky. Cieľové bunky majú receptory pre hormón a menia svoje správanie, keď sú receptory aktivované.

Napríklad bunky v nadobličkách produkujú hormón adrenalín, ktorý spôsobuje, že sa telo dostane do režimu „boj alebo útek“. Hormón sa šíri po tele v krvi a spôsobuje reakcie v cieľových bunkách. Cievy Zúžením zvýšite krvný tlak pre svaly, srdce pumpuje rýchlejšie a aktivujú sa niektoré potné žľazy. Celý organizmus je uvedený do stavu pripravenosti na ďalšiu námahu.

Hormón je všade rovnaký, ale keď spúšťa receptory na bunkách, bunky menia svoje správanie rôznymi spôsobmi.

Keď musia dve bunky neustále vymieňať rozsiahlu signalizáciu, má zmysel vybudovať špeciálne komunikačné štruktúry, ktoré uľahčia výmenu chemických signálov. The synapsia je rozšírenie buniek, ktoré privádza vonkajšie bunkové membrány dvoch buniek do tesnej blízkosti. Signalizácia cez synapsiu vždy spája iba dve bunky, ale bunka môže mať také úzke asociácie s niekoľkými bunkami súčasne.

Chemické signály uvoľňované do synaptická medzera sú okamžite absorbované receptormi partnerských buniek. U niektorých buniek je medzera taká malá, že sa bunky skutočne dotýkajú. V takom prípade môžu chemické signály na vonkajšej bunkovej membráne jednej bunky priamo zaberať receptory na membráne druhej bunky a komunikácia je obzvlášť rýchla.

Typická synaptická komunikácia prebieha medzi neurónov v mozgu. Mozgové bunky konštruujú synapsie, aby vytvorili preferované komunikačné kanály s niektorými susednými bunkami. Bunky potom môžu obzvlášť dobre komunikovať so svojimi synaptickými komunikačnými partnermi a rýchlo a často si vymieňať chemické signály.

Posielanie bunkového komunikačného signálu je pomerne priame, pretože bunka vylučuje chemickú látku a signál je distribuovaný podľa jeho typu. Príjem signálu je komplikovanejší, pretože signálna chemikália zostáva mimo cieľovej bunky. Predtým, ako signál môže zmeniť správanie bunky, musí vstúpiť do bunky a spustiť zmenu.

Po prvé, cieľová bunka musí mať receptory zodpovedajúce chemickému signálu. Receptory sú chemikálie na povrchu bunky, ktoré sa môžu viazať na určité chemické signály. Keď sa receptor viaže na chemický signál, uvoľňuje spúšť na vnútornej strane bunkovej membrány.

Spúšť potom aktivuje proces prenos signálu v ktorej spustená chemikália mieri na časť bunky, kde by sa malo meniť jej správanie.

Bunky rastú a delia sa v dôsledku signalizácie z iných buniek. Takýto rastový signál sa viaže na receptory cieľovej bunky a spúšťa signálnu transdukciu vo vnútri bunky. Transdukčná chemikália vstupuje do bunkového jadra a spôsobuje, že bunka iniciuje rast a následné delenie buniek.

Transdukčná chemikália to dosiahne ovplyvnením génová expresia. Aktivuje gény zodpovedné za produkciu ďalších bunkových proteínov, vďaka ktorým bunka rastie a rozdeľuje sa. Bunka exprimuje nový súbor génov a mení svoje správanie podľa prijatého signálu.

Bunky môžu tiež meniť svoje správanie podľa bunkových signálov zmenou množstva energie, ktorú produkujú, zmenou množstva chemikálií, ktoré vylučujú alebo do ktorých zaberajú apoptóza alebo riadená smrť buniek. Bunkový komunikačný cyklus zostáva rovnaký, bunky pochádzajú zo signálov, cieľové bunky ich prijímajú a cieľové bunky potom menia svoje správanie podľa prijatého signálu.