Ћелије у вишећелијским организмима морају да преузму специјализоване улоге и морају да знају када треба да обављају одређене активности. Ћелије координишу своје акције различитим типовима ћелијске комуникације, такође тзв ћелијска сигнализација. Типични ћелијски сигнали су хемијске природе и могу се циљати локално или за организам уопште.
Ћелијска комуникација је вишестепени процес који укључује следеће:
- Слање хемијског сигнала.
- Примање сигнала на рецептору спољне мембране циљне ћелије.
- Преношење сигнала у унутрашњост циљне ћелије.
- Промена понашања циљне ћелије.
Сви различити типови ћелијске комуникације следе исте кораке, али се разликују по брзини процеса сигнализације и удаљености на којој он делује. Нервне ћелије сигнализирају брзо, али локално, док жлезде које ослобађају хормоне делују спорије, али у целом организму.
Различите врсте ћелијске сигнализације еволуирале су узимајући у обзир захтеве за брзином и растојањем за различите функције ћелија.
Ћелије комуницирају са четири врсте сигнала
Ћелије користе различите врсте сигнализације у зависности од тога које друге ћелије желе да досегну. Четири врсте ћелијске комуникације су:
-
Парацрине: Сигнална ћелија лучи хемикалију која се локално дифундира у циљне ћелије.
- Аутоцрине: Слично паракрином сигнализирању, али циљна ћелија је сигнална ћелија. Ћелија шаље сигнале из једног подручја ћелијске мембране у друго.
- Ендокрини: Ендокрина сигнализација производи хормон који путује кроз организам кроз циркулаторни систем.
- Синаптиц: Ћелије које шаљу и примају изградиле су синаптичку структуру доводећи своје ћелијске мембране у блиски контакт ради лакше размене сигнала.
Ћелије ослобађају хемијске сигнале да би друге ћелије знале које радње предузимају, а примају сигнале који их обавештавају о активностима других ћелија организма. Акције попут ћелијске деобе, раст ћелија, ћелијска смрт и производња протеина координира се кроз различите типове ћелијске сигнализације.
Паракрини сигнали одржавају ред у ћелијском суседству
Током паракрине сигнализације, ћелија лучи хемикалију која на крају узрокује специфичне промене у понашању суседних ћелија. Изворна ћелија производи хемијски сигнал који се шири кроз ткиво у близини. Хемикалија није стабилна и погоршава се ако мора да путује на велике даљине.
Као резултат, користи се паракрина сигнализација локална ћелијска комуникација.
Хемикалија коју ћелија производи циља на друге одређене ћелије. Циљне ћелије имају на ћелијским мембранама рецепторе за лучену хемикалију. Нециљане ћелије немају потребне рецепторе и нису погођене. Излучена хемикалија се везује за рецепторе циљаних ћелија и изазива реакцију унутар ћелије. Реакција заузврат утиче на циљно понашање ћелија.
На пример, ћелије коже расту у слојевима са горњим слојем који се састоји од мртвих ћелија. Ћелије различитог ткива леже испод доњег слоја ћелија коже. Локална ћелијска сигнализација осигурава да ћелије коже знају у којем се слоју налазе и да ли морају да се деле како би замениле мртве ћелије.
Паракрина сигнализација се такође користи за комуникацију изнутра мишићно ткиво. Паракрински хемијски сигнал из нервних ћелија у мишићу доводи до контракције мишићних ћелија, омогућавајући кретање мишића у већем организму.
Аутокрина сигнализација може да подстакне раст
Аутокрина сигнализација слична је паракриној сигнализацији, али делује на ћелију која у почетку лучи сигнал. Оригинална ћелија производи хемијски сигнал, али рецептори за сигнал су на истој ћелији. Као резултат, ћелија се стимулише да промени своје понашање.
На пример, ћелија може да лучи хемикалију која поспешује раст ћелија. Сигнал се шири кроз локално ткиво, али га хватају рецептори на исходишној ћелији. Затим се ћелија која је лучила сигнал стимулише да се укључи у већи раст.
Ова карактеристика је корисна у ембрионима где је раст важан, а такође промовише ефикасну диференцијацију ћелија, када аутокрина сигнализација појачава идентитет ћелије. Аутокрина самостимулација ретка је у одраслом здравом ткиву, али се може наћи код неких врста карцинома.
Ендокрина сигнализација утиче на цео организам
У ендокриној сигнализацији, ћелија која потиче лучи хормон који је стабилан на велике удаљености. Хормон се кроз ћелијско ткиво дифундира у капиларе и путује кроз циркулаторни систем организма.
Ендокрини хормони се шире по телу и циљају ћелије на местима која су удаљена од сигналне ћелије. Циљане ћелије имају рецепторе за хормон и мењају своје понашање када се рецептори активирају.
На пример, ћелије у надбубрежној жлезди производе хормон адреналин, због чега тело улази у режим „борбе или бега“. Хормон се шири по телу у крви и изазива реакције у циљаним ћелијама. Крвни судови стегне се да повећа крвни притисак за мишиће, срце брже пумпа и активирају се неке знојне жлезде. Читав организам се доводи у стање спремности за додатни напор.
Хормон је свуда исти, али када покреће рецепторе на ћелијама, ћелије мењају своје понашање на различите начине.
Синаптичка сигнализација повезује две ћелије
Када две ћелије непрекидно морају да размењују опсежну сигнализацију, има смисла изградити посебне комуникационе структуре како би се олакшала размена хемијских сигнала. Тхе синапси је наставак ћелије који доводи спољашње ћелијске мембране две ћелије у непосредну близину. Сигнализација преко синапсе увек повезује само две ћелије, али ћелија може имати тако блиске асоцијације са неколико ћелија истовремено.
Хемијски сигнали испуштени у синаптички јаз рецептори партнерских ћелија их одмах преузимају. За неке ћелије је јаз толико мали да се ћелије ефикасно додирују. У том случају, хемијски сигнали на спољној ћелијској мембрани једне ћелије могу директно да ангажују рецепторе на мембрани друге ћелије, а комуникација је нарочито брза.
Типична синаптичка комуникација одвија се између неурони у мозгу. Мождане ћелије граде синапсе да успоставе жељене канале комуникације са неким суседним ћелијама. Тада ћелије могу нарочито добро да комуницирају са својим синаптичким комуникационим партнерима, размењујући хемијске сигнале брзо и често.
Процес пријема сигнала је сличан за све типове ћелијске комуникације
Слање ћелијског комуникационог сигнала је релативно право, јер ћелија лучи хемикалију и сигнал се дистрибуира у складу са њеним типом. Примање сигнала је сложеније јер се сигнална хемикалија задржава изван циљне ћелије. Да би сигнал могао да промени понашање ћелије, мора да уђе у ћелију и покрене промену.
Прво, циљна ћелија мора имати рецепторе који одговарају хемијском сигналу. Рецептори су хемикалије на површини ћелије које се могу везати за одређене хемијске сигнале. Када се рецептор веже за хемијски сигнал, он ослобађа окидач у унутрашњости ћелијске мембране.
Окидач затим укључује процес трансдукција сигнала у коме покренута хемикалија циља део ћелије где би понашање ћелије требало да се промени.
Експресија гена је механизам за промене у понашању ћелија
Ћелије расту и деле се као резултат сигнала из других ћелија. Такав сигнал раста се везује за рецепторе циљне ћелије и покреће трансдукцију сигнала унутар ћелије. Хемикалија за трансдукцију улази у ћелијско језгро и доводи до тога да ћелија покреће раст и накнадну деобу ћелије.
Хемикалија за трансдукцију то постиже утицајем Експресија гена. Активира гене који су одговорни за производњу додатних ћелијских протеина због којих ћелија расте и дели се. Ћелија изражава нови скуп гена и мења своје понашање у складу са примљеним сигналом.
Ћелије такође могу променити своје понашање у складу са ћелијским сигналима променом количине енергије коју производе, променом количине хемикалија које луче или укључивањем у ћелију апоптоза или контролисана смрт ћелија. Циклус ћелијске комуникације остаје исти, са ћелијама које потичу сигнале, циљне ћелије их примају и циљне ћелије затим мењају своје понашање у складу са примљеним сигналом.