CELIČNA KOMUNIKACIJA: VRSTE, POMEN, PRIMERI - BIOLOGIJA - 2026

Celična komunikacija , ki se imenuje tudi medcelično komunikacijo, je prenos zunajceličnih signalnih molekul. Te molekule se začnejo s celico, ki generira signal, in se vežejo na receptorje na ciljni celici, kar povzroči specifičen odziv.

Signalna molekula je lahko majhna molekula (primer: aminokislina), peptid ali protein. Zato je komunikacija, ki je kemična, značilna za enocelične in večcelične organizme.

Vir: pixabay.com

Pri bakterijah so signalne molekule bakterijski feromoni. Te so potrebne za funkcije, kot so horizontalni prenos genov, bioluminiscenca, tvorba biofilma in proizvodnja antibiotikov in patogenih dejavnikov.

V večceličnih organizmih lahko poteka celična komunikacija med sosednjimi celicami ali med ločenimi celicami. V slednjem primeru morajo signalne molekule razpršiti in potovati na velike razdalje. Med funkcijami signalov so spremembe v izražanju genov, morfologiji in gibanju celic.

Celično komunikacijo lahko izvajamo tudi z zunajceličnimi vezikli (EV), ki se imenujejo ektoomi in eksozomi. Nekatere funkcije EV so: modulacija limfocitov in makrofagov; nadzor sinaptične funkcije; v krvnih žilah in srcu, koagulacija in angiogeneza; in RNA izmenjava.

Vrste (sistemi / mehanizmi)

Pri bakterijah obstaja vrsta celične komunikacije, imenovana kvorum zaznavanje, ki je sestavljena iz vedenj, ki se pojavijo le, ko je gostota bakterijske populacije velika. Zaznavanje kvoruma vključuje proizvodnjo, sproščanje in naknadno odkrivanje visokih koncentracij signalnih molekul, imenovanih avtoinduktorji.

Pri enoceličnih evkariontih, kot je T. brucei, obstaja tudi kvorumsko zaznavanje. V kvasovkah se spolno vedenje in razlikovanje celic pojavi kot odziv na komunikacijo s feromonom in spremembe v okolju.

Pri rastlinah in živalih je uporaba zunajceličnih signalnih molekul, kot so hormoni, nevrotransmiterji, rastni faktorji ali plini, pomembna vrsta komunikacije, ki vključuje sintezo signalne molekule, njeno sproščanje, njen prevoz do ciljne celice, odkrivanje signal in specifični odziv.

Glede na prenos signalne molekule pri živalih akcijsko razdaljo molekule določata dve vrsti signalov: 1) avtokrin in parakrin, ki delujeta na isto celico in v bližnjih celicah; in 2) endokrina, ki deluje na oddaljeno ciljno celico, ki jo prenaša krvni obtok.

Celična komunikacija z zunajtelesnimi vezikli je pomembna vrsta celične komunikacije pri evkariontskih organizmih in Arhajih.

Z rastjo enocelične evkariontske ali bakterijske populacije doseže zadostno število celic ali kvoruma, ki proizvaja koncentracijo induktorja, ki lahko v celicah povzroči učinek. To je mehanizem za popis.

Pri bakterijah so znane tri vrste kvorumskih zaznavnih sistemov: ena je gram-negativna; drugo v gram-pozitivnih; in še en na gram negativni Vibrio harveyi.

V gram-negativnih bakterijah je avtoinduktor aciliran homoserin lakton. Ta snov se sintetizira z encimom tipa LuxI in se pasivno difundira skozi membrano ter se kopiči v zunajceličnem in znotrajceličnem prostoru. Ko dosežemo spodbudno koncentracijo, se aktivira transkripcija genov, ki jih uravnava QS.

V gram-negativnih bakterijah so avtoinduktorji spremenjeni peptidi, ki se izvozijo v zunajcelični prostor, kjer sodelujejo skupaj z membranskimi proteini. Pojavi se kaskada fosforilacije, ki aktivira beljakovine, ki se vežejo na DNK in nadzorujejo prepisovanje ciljnih genov.

Vibrio harveyi proizvaja dva avtoinduktorja, označena z HAI-1 in A1-2. HAI-1 je aciliran laktonski homoserin, vendar njegova sinteza ni odvisna od LuxI. A1-2 je diester furanozil borata. Obe snovi delujeta prek kaskade fosforilacije, podobno kot pri drugih gram-negativnih bakterijah. Ta vrsta QS nadzoruje bioluminiscenco.

Kemična komunikacija

Specifična vezava signalne molekule ali liganda na receptorski protein povzroči specifičen celični odziv. Vsaka vrsta celic ima določene vrste receptorjev. Čeprav lahko določeno vrsto receptorja najdemo tudi v različnih vrstah celic in proizvajajo različne odzive na isti ligand.

Narava signalne molekule določa pot, ki bo uporabljena za vstop v celico. Na primer, hidrofobni hormoni, kot so steroidi, difundirajo skozi lipidni dvoplast in se vežejo na receptorje, da tvorijo komplekse, ki uravnavajo ekspresijo specifičnih genov.

Plini, kot sta dušikov oksid in ogljikov monoksid, difundirajo skozi membrano in na splošno aktivirajo ciklično gvanilil-ciklazo, ki proizvaja GMP. Večina signalnih molekul je hidrofilnih.

Njeni receptorji se nahajajo na celični površini. Receptorji delujejo kot prevajalci signalov, ki spreminjajo vedenje ciljne celice.

Celični površinski receptorji so razdeljeni na: a) receptorje, vezane na protein; b) receptorji z encimsko aktivnostjo, kot je tirozin kinaza; in c) receptorje ionskih kanalov.

Značilnosti receptorjev, vezanih na beljakovine G

G-beljakovinski receptorji najdemo v vseh evkariontih. Na splošno gre za receptorje s sedmimi domenami, ki prečkajo membrano, z N-končnim območjem proti zunanji strani celice in C-terminalom proti notranjosti celice. Ti receptorji se povezujejo z G proteinom, ki prevaja signale.

Ko se ligand veže na receptor, se G protein aktivira. To pa aktivira encim efektor, ki ustvari drugi znotrajcelični sel, ki je lahko ciklični adenozin monofosfat (cAMP), arahidonska kislina, diacilglicerol ali inozitol-3-fosfat, ki deluje kot ojačevalnik signala. začetni.

Protein G ima tri podenote: alfa, beta in gama. Aktivacija proteina G vključuje ločitev BDP od beljakovin G in vezavo GTP na alfa podenoto. V kompleksu G _alfa -GTP se ločijo od beta in gama podenot, ki medsebojno vplivajo na proteinske efektorje in jih aktivirajo.

CAMP pot lahko aktivirajo beta adrenergični receptorji. CAMP nastaja z adenilil ciklazo. Pot fosfoinozitola se aktivira z receptorji muskarinskih acetilholina. Aktivirajo fosfolipazo C. Pot arahidonske kisline aktivira receptor histamina. Aktivira fosfolipazo A2.

CAMP pot

Vezava liganda na receptor, spodbujevalni protein G (G _s ), vezan na BDP, povzroči izmenjavo BDP za GTP in disociacijo alfa podenote G _s iz beta in gama podenot. Kompleks G _alfa -GTP se povezuje z domeno adenil ciklaze, aktivira encim in proizvede cAMP iz ATP.

CAMP se veže na regulativne podenote proteinske kinaze, odvisne od cAMP. Sprošča katalitične podenote, ki fosforilirajo beljakovine, ki uravnavajo celični odziv. To pot urejajo dve vrsti encimov, in sicer fosfodiesteraze in proteinske fosfataze.

Fosfoinozitol pot

Vezava liganda na receptor aktivira G protein (G _q ), ki aktivira fosfolipazo C (PLC). Ta encim razbije fosfatidil inozitol 1,4,5-bisfosfat (PIP ₂ ) v dva sekundarna sporočila, inozitol 1,4,5-trifosfat (IP ₃ ) in diacilglicerol (DAG).

IP _{3 se} razprši v citoplazmi in se veže na receptorje v endoplazmatskem retikulu, kar povzroči sproščanje Ca ⁺² od znotraj. DAG ostane v membrani in aktivira protein kinazo C (PKC). Nekatere izoforme PKC zahtevajo Ca ⁺² .

Pot arahidonske kisline

Vezava liganda na receptor povzroča beta in gama podenote G proteina v Activate fosfolipaze A ₂ (PLA ₂ ). Ta encim hidrolizira fosfatidilinozitol (PI) v plazemski membrani in sprosti arahidonsko kislino, ki se presnavlja po različnih poteh, kot sta 5 in 12-lipoksigenaza in ciklooksigenaza.

Značilnosti receptorske tirozin kinaze

Receptorska tirozin kinaza (RTK) ima zunajcelične regulativne domene in znotrajcelične katalitične domene. Za razliko od receptorja, vezanega na beljakovine G, polipeptidna veriga receptorske tirozin kinaze prečka plazemsko membrano le enkrat.

Vezava liganda, ki je hormon ali rastni faktor, na regulativno domeno, povzroči, da se dve receptorski podenoti pridružita. To omogoča avtofosforilacijo receptorja na ostanku tirozina in aktiviranje kaskad proteina fosforilacije.

Ostanki fosforiliranega tirozina receptorske tirozin kinaze (RTK) medsebojno delujejo z adapterji proteinov, ki aktivirajo receptor s komponentami poti transdukcije signala. Adapterski proteini služijo tvorbi večproteinskih signalnih kompleksov.

RTK se veže na različne peptide, kot so: epidermalni rastni faktor; dejavniki rasti fibroblasta; dejavniki rasti možganov; dejavnik rasti živcev; in inzulin.

Splošne značilnosti sprejemnikov

Aktivacija površinskih receptorjev povzroči spremembe v fosforilaciji beljakovin z aktiviranjem dveh vrst beljakovinskih kinaz: tirozin kinaze ter serinskih in treoninskih kinaz.

Serinske in treonin kinaze so: cAMP-odvisna protein kinaza; cGMP-odvisna protein kinaza; protein kinaza C; in od Ca ⁺² / kalmodulina odvisnih proteinov . V teh beljakovinskih kinazah, razen od cAMP-odvisne kinaze, se katalitska in regulativna domena nahaja v isti polipeptidni verigi.

Drugi glasnik se veže na te serinske in treonin kinaze in jih aktivira.

Značilnosti receptorjev, ki so ionski kanali

Receptorji ionskih kanalov imajo naslednje značilnosti: a) vodijo ione; b) prepozna in izbere določene ione; c) odpiranje in zapiranje kot odziv na kemijske, električne ali mehanske signale.

Receptorji ionskega kanala so lahko monomer ali pa so heteroligomeri ali homoligomeri, katerih predeli polipeptidne verige prečkajo plazemsko membrano. Obstajajo tri družine ionskih kanalov: a) zaporni kanali ligandov; b) kanale stikalnih vrzeli; in c) Na ⁺ -odvisni napetostni kanali .

Nekaj ​​primerov receptorjev za ionske kanale so živčno-mišični receptorji acetilkolinskih receptorjev in iotropni receptorji glutamata, NMDA in ne-NMDA, v centralnem živčnem sistemu.

Komunikacija prek zunajceličnih veziklov

Zunajcelični vezikli (EV) so mešanica ektosomov in eksosomov, ki so odgovorni za prenos bioloških informacij (RNA, encimov, reaktivnih kisikovih vrst itd.) Med celico in celico. Izvor obeh veziklov je različen.

Ektosomi so vezikule, ki nastanejo s kalitvijo iz plazemske membrane, čemur sledi njihovo ločevanje in sproščanje v zunajcelični prostor.

Najprej pride do združevanja membranskih beljakovin v diskretne domene. Nato se sidri beljakovinskih lipidov kopičijo citosolne beljakovine in RNA v lumnu, s čimer raste popka.

Eksosomi so vezikli, ki nastanejo iz multivetikularnih teles (MVB) in se sprostijo z eksocitozo v zunajcelični prostor. MVB so pozni endosomi, v katerih so intraluminalni vezikli (ILV). MVB-ji se lahko zlijejo na lizosome in nadaljujejo razgradno pot ali sprostijo ILVS kot eksosome skozi eksocitozo.

EV vplivajo na ciljno celico na različne načine: 1) izginjanje EV membrane in sproščanje aktivnih dejavnikov znotraj nje; 2) EV vzpostavijo stik s površino ciljne celice, ki jo zlijejo in sprostijo svojo vsebnost v citosolu; in 3) EV v celoti zajame makropinocitoza in fagocitoza.

Pomen

Širok nabor funkcij medcelične komunikacije samo kaže na njen pomen. Nekaj ​​primerov ponazarja pomen različnih vrst celične komunikacije.

- Pomen kvorumskega zaznavanja. QS ureja različne procese, kot so virulenca znotraj vrste ali mikroorganizmi različnih vrst ali rodov. Na primer, en sev bakterije Staphylococcus aureus uporablja signalno molekulo v kvorumskem zaznavanju, da okuži gostitelja in zavira druge seve bakterije S. aureus.

- Pomen kemične komunikacije. Kemično označevanje je potrebno za preživetje in reproduktivni uspeh večceličnih organizmov.

Na primer, programirana celična smrt, ki uravnava večcelični razvoj, odstrani cele strukture in omogoča razvoj specifičnih tkiv. Vse to posredujejo trofični dejavniki.

- Pomen EV-jev. Imajo pomembno vlogo pri diabetesu, vnetjih ter nevrodegenerativnih in srčno-žilnih boleznih. EV normalnih in rakavih celic se zelo razlikujejo. EV lahko nosijo dejavnike, ki spodbujajo ali zavirajo fenotip raka v ciljnih celicah.

Reference

1. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., et al. 2007. Molekularna biologija celice. Garland Science, New York.
2. Bassler, BL 2002. Mali pogovor: Komunikacija med celicami in bakterijami. Celica, 109: 421-424.
3. Cocucci, E. in Meldolesi, J. 2015. Ektosomi in eksosomi: izgubljajo zmedo med zunajceličnimi vezikli. Trendi v celični biologiji, xx: 1–9.
4. Kandel, E., Schwarts, JH in Jessell, T., 2000. Principi nevronske znanosti. McGraw-Hill ZDA.
5. Lodish, H., Berk, A., Zipurski, SL, Matsudaria, P., Baltimore, D., Darnell, J. 2003. Celična in molekularna biologija. Uredništvo Medica Panamericana, Buenos Aires, Bogota, Caracas, Madrid, Mehika, Sāo Paulo.
6. Pappas, KM, Weingart, CL, Winans, SC 2004. Kemijska komunikacija v proteobakterijah: biokemijske in strukturne študije signalnih sintaz in receptorjev, ki so potrebne za medcelično signalizacijo. Molekularna mikrobiologija, 53: 755–769.
7. Perbal, B. 2003. Ključna je komunikacija. Celična komunikacija in signalizacija. Uredništvo, 1-4.