КОМУНИКАЦИЈА ЋЕЛИЈА: ВРСТЕ, ЗНАЧАЈ, ПРИМЕРИ - БИОЛОГИЈА - 2025

Целлулар цоммуницатион , такође назива интрацелуларни комуникација је пренос екстрацелуларним сигналних молекула. Ови молекули полазе од ћелије која генерише сигнал и везују се за рецепторе у циљаној ћелији, производећи специфичан одговор.

Молекул сигнала може бити мали молекул (пример: аминокиселина), пептид или протеин. Стога је комуникација, која је хемијска, карактеристична за једноћелијске и вишећелијске организме.

Извор: пикабаи.цом

У бактеријама сигнални молекули су бактеријски феромони. Они су неопходни за функције попут хоризонталног преноса гена, биолуминесценције, стварања биофилма и производње антибиотика и патогених фактора.

У вишећелијским организмима ћелијска комуникација може да се одвија између ћелија које су суседне или између ћелија које су одвојене. У последњем случају, сигнални молекули морају да дифузују и путују на велике удаљености. Међу функцијама сигнала су промене у експресији гена, морфологији и кретању ћелије.

Ћелијска комуникација се такође може извести ванћелијским везикулама (ЕВ), названим ектосоми и егзосоми. Неке функције ЕВ-а су: модулација лимфоцита и макрофага; контрола синаптичке функције; у крвним судовима и срцу, коагулацији и ангиогенези; и размена РНА.

Типови (системи / механизми)

У бактеријама постоји врста ћелијске комуникације која се назива кворумов сензор, а састоји се од понашања која се јављају само када је густина популације бактерија велика. Сензор кворума укључује производњу, ослобађање и накнадно откривање високих концентрација сигналних молекула, названих аутоиндуктори.

Код једноћелијских еукариота, као што је Т. бруцеи, такође постоји кворумотификација. У квасцима се сексуално понашање и диференцијација ћелија јављају као одговор на комуникацију феромонима и промене околине.

У биљкама и животињама употреба ванћелијских сигналних молекула, попут хормона, неуротрансмитера, фактора раста или гасова, је важна врста комуникације која укључује синтезу сигналног молекула, његово ослобађање, његов транспорт до циљане ћелије, детекцију сигнал и специфичан одговор.

У односу на транспорт сигналне молекуле код животиња, раздаљина дејства молекула одређује две врсте сигнала: 1) аутокрини и паракрини који делују на исту ћелију и на оближње ћелије; и 2) ендокрина, која делује на удаљену циљну ћелију, која се преноси крвотоком.

Ћелијска комуникација изванстаничним везикулама је важна врста ћелијске комуникације у еукариотским организмима и Археама.

Како једноцелична еукариотска или бактеријска популација расте, достиже довољан број ћелија, односно кворума, који производе концентрацију индуктора способне да производе ефекат у ћелијама. Ово представља механизам за спровођење пописа.

Три бактерије су препозната у бактеријама: један је грам-негативан; други у грам-позитивном; и још један на грам негативан Вибрио харвеии.

У грам-негативним бактеријама, аутоиндуктор је ацилирани хомосерин лактон. Ова супстанца се синтетише ензимом типа ЛукИ и пасивно се дифундира кроз мембрану, накупљајући се у ванћелијском и унутарћелијском простору. Када се достигне стимулативна концентрација, активира се транскрипција гена регулисаних КС-ом.

У грам-негативним бактеријама, аутоиндуктори су модификовани пептиди, који се извозе у ванћелијски простор, где комуницирају заједно са мембранским протеинима. Долази до каскаде фосфорилације који активира протеине, који се везују за ДНК и контролишу транскрипцију циљних гена.

Вибрио харвеии производи два аутоиндуктора, означена ХАИ-1 и А1-2. ХАИ-1 је ацилирани лактонски хомосерин, али његова синтеза не зависи од ЛукИ. А1-2 је диестер фуранозил борат. Обе супстанце делују кроз каскаду фосфорилације слично као код осталих грам-негативних бактерија. Ова врста КС контролише биолуминисценцију.

Хемијска комуникација

Специфично везање сигналног молекула или лиганда на рецепторски протеин производи специфичан ћелијски одговор. Свака врста ћелија има одређене врсте рецептора. Иако се одређена врста рецептора може наћи и у различитим типовима ћелија и производи различите одговоре на исти лиганд.

Природа сигналног молекула одређује пут који ће се користити за улазак у ћелију. На пример, хидрофобни хормони, попут стероида, дифундирају кроз липидни двослој и везују се за рецепторе како би формирали комплексе који регулишу експресију специфичних гена.

Гасови као што су азотни оксид и угљен моноксид дифундирају кроз мембрану и генерално активирају цикличку гванил-циклозу која производи ГМП. Већина сигналних молекула је хидрофилна.

Њени рецептори се налазе на ћелијској површини. Рецептори делују као преводиоци сигнала који мењају понашање циљне ћелије.

Рецептори ћелијске површине деле се на: а) рецепторе везане за Г протеин; б) рецепторе са активностима ензима, као што је тирозин киназа; и ц) рецепторе јонских канала.

Карактеристике рецептора спојених са протеинима

Г-рецептори повезани у протеинима налазе се у свим еукариотама. Генерално, то су рецептори са седам домена који прелазе мембрану, са Н-терминалним регионом према ћелијском спољашњости и Ц-терминалним делом према унутрашњости ћелије. Ови рецептори се удружују са Г протеином који преводи сигнале.

Када се лиганд веже за рецептор, Г протеин се активира. То заузврат активира ензим ефектор који ствара други унутарћелијски гласник, који може бити циклични аденозин монофосфат (цАМП), арахидонска киселина, диацилглицерол или инозитол-3-фосфат, који делује као појачавач сигнала. почетни.

Протеин Г има три подјединице: алфа, бета и гама. Активација Г протеина укључује дисоцијацију БДП-а од Г протеина и везивање ГТП за алфа подјединицу. У комплексу Г _алфа -ГТП они се одвајају од бета и гама подјединица, посебно у интеракцији са ефекторским протеинима, активирајући их.

ЦАМП пут може бити активиран бета-адренергичким рецепторима. ЦАМП се производи аденилил циклазом. Пут фосфоинозитола се активира мускаринским ацетилхолинским рецепторима. Активирају фосфолипазу Ц. Пут арахидонске киселине активира рецептор хистамина. Активира фосфолипазу А2.

ЦАМП стаза

Везање лиганда на рецептор, стимулишући протеин Г (Г _с ), везан за БДП, изазива размену БДП-а за ГТП и дисоцијацију алфа подјединице Г _с из бета и гама подјединица. Г _алфа -ГТП комплекс асоцира на домен аденил циклазе, активирајући ензим и стварајући цАМП из АТП.

ЦАМП се везује за регулаторне подјединице протеин киназе зависне од цАМП. Ослобађа каталитичке подјединице, које фосфорилирају протеине који регулишу ћелијски одговор. Тај пут регулишу две врсте ензима, наиме фосфодиестеразе и протеинске фосфатазе.

Пут фосфоинозитола

Везање лиганда на рецептор активира Г протеин (Г _к ), који активира фосфолипазу Ц (ПЛЦ). Овај ензим разбија фосфатидил инозитол 1,4,5-бисфосфат (ПИП ₂ ) на два секундарна гласника, инозитол 1,4,5-трифосфат (ИП ₃ ) и диацилглицерол (ДАГ).

ИП ₃ дифундира у цитоплазму и веже се за рецепторе у ендоплазматском ретикулуу, изазивајући ослобађање Ца ⁺² изнутра. ДАГ остаје у мембрани и активира протеин киназу Ц (ПКЦ). Неки изоформи ПКЦ-а захтевају Ца ⁺² .

Пут арахидонске киселине

Везивање лиганда за рецептор изазива бета и гама подјединице протеина Г за активирање фосфолипазе А ₂ (ПЛА ₂ ). Овај ензим хидролизује фосфатидилинозитол (ПИ) у плазма мембрани, ослобађајући арахидонску киселину, која се метаболизује различитим путевима, као што су 5 и 12-липоксигеназа и циклооксигеназа.

Карактеристике рецептора тирозин киназе

Рецепторска тирозин киназа (РТК) има ванћелијске регулаторне домене и интрацелуларне каталитичке домене. За разлику од рецептора везаног за протеин, полипептидни ланац рецептора тирозин киназе прелази плазма мембрану само једном.

Везивање лиганда, који је хормон или фактор раста, за регулаторни домен узрокује придруживање две рецепторске подјединице. Ово омогућава аутофосфорилацију рецептора на остатку тирозина и активирање каскада протеина фосфорилације.

Остаци фосфорилираног тирозина у рецепторској тирозин кинази (РТК) ступају у интеракцију са адаптерским протеинима, који повезују активирани рецептор са компонентама путање трансдукције сигнала. Адаптерски протеини служе за формирање мултипротеинских сигналних комплекса.

РТК се везује за различите пептиде, као што су: епидермални фактор раста; фактори раста фибробласта; фактори раста мозга; фактор раста живаца; и инсулин.

Опште карактеристике пријемника

Активацијом површинских рецептора долази до промене фосфорилације протеина активирањем две врсте протеин киназа: тирозин киназа и серин и треонин киназа.

Серинске и треонин киназе су: цАМП-зависна протеин киназа; цГМП-зависна протеин киназа; протеин киназа Ц; и Ца ^{+ 2} / Цалмодулин- зависна протеин . Код ових протеин киназа, са изузетком кАМП-зависне киназе, каталитички и регулаторни домен налази се на истом полипептидном ланцу.

Други гласник се веже за ове серинске и треонин киназе, активирајући их.

Карактеристике рецептора који су јонски канали

Рецептори јонских канала имају следеће карактеристике: а) спроводе јоне; б) препознаје и бира одређене ионе; ц) отварање и затварање као одговор на хемијске, електричне или механичке сигнале.

Рецептори јонских канала могу бити мономер, или могу бити хетеролигомери или хомолигомери, чија подручја полипептидног ланца прелазе плазма мембрану. Постоје три породице јонских канала: а) капија лиганских капија; б) канали за спајање празнина; и ц) На ⁺ -зависни напонски канали .

Неки примери рецептора јонских канала су нерромускуларни спој ацетилколинских рецептора и јотротропни рецептори глутамата, НМДА и не-НМДА, у централном нервном систему.

Комуникација преко ванћелијских везикула

Изванстаничне везикуле (ЕВ) су мешавина ектозома и егзозома који су одговорни за пренос биолошких информација (РНА, ензима, реактивних врста кисеоника итд.) Између ћелије и ћелије. Порекло оба везикула је различито.

Ектосоми су везикуле произведене клијањем из плазма мембране, након чега слиједи њихово одвајање и ослобађање у ванћелијски простор.

Прво, долази до групирања мембранских протеина у дискретне домене. Тада се протеински липидни сидри накупљају цитосолни протеини и РНА у лумену и на тај начин расте пупољак.

Егзозоми су везикуле које се формирају из мултивакуларних тела (МВБ) и ослобађају се егзоцитозом у ванћелијски простор. МВБ-ови су касни ендосоми у којима постоје интралуминални везикули (ИЛВ). МВБ-ови се могу стопити с лизосомима и наставити пут разградње или ослободити ИЛВС као егзосоме путем егзоцитозе.

ЕВ-и међусобно делују са циљном ћелијом на различите начине: 1) нестајање ЕВ мембране и ослобађање активних фактора унутар ње; 2) ЕВ успостављају контакт са површином циљне ћелије, коју спајају, ослобађајући њихов садржај у цитосолу; и 3) ЕВ-еи су потпуно заробљени макропиноцитозом и фагоцитозама.

Значај

Велики избор функција међућелијске комуникације указује на њену важност. Неки примери илуструју важност различитих врста мобилне комуникације.

- Значај кворум сензирања. КС регулише различите процесе као што су вируленција унутар врсте или микроорганизми различитих врста или родова. На пример, један сој Стапхилоцоццус ауреус користи сигнални молекул у сензору кворума да инфицира домаћина и инхибира друге сојеве С. ауреус да то чине.

- Важност хемијске комуникације. Хемијско обележавање је неопходно за опстанак и репродуктивни успех вишећелијских организама.

На пример, програмирана ћелијска смрт, која регулише вишећелијски развој, уклања читаве структуре и омогућава развој специфичних ткива. Све то посредују трофички фактори.

- Важност ЕВ-а. Они играју важну улогу код дијабетеса, упале и неуродегенеративних и кардиоваскуларних болести. ЕВ вредности нормалних ћелија и ћелија рака се увелике разликују. ЕВ-ови фактори могу да носе факторе који промовишу или сузбијају фенотип рака у циљним ћелијама.

Референце

1. Албертс, Б., Јохнсон, А., Левис, Ј. и др. 2007. Молекуларна биологија ћелије. Гарланд Сциенце, Њујорк.
2. Басслер, БЛ 2002. Мали разговор: Комуникација ћелија-ћелија у бактеријама. Ћелија, 109: 421-424.
3. Цоцуцци, Е. и Мелдолеси, Ј. 2015. Ектосоми и егзосоми: испуштање конфузије између ванћелијских везикула. Трендови у ћелијској биологији, кк: 1–9.
4. Кандел, Е., Сцхвартс, ЈХ и Јесселл, Т., 2000. Принципи неуролошке науке. МцГрав-Хилл, УСА.
5. Лодисх, Х., Берк, А., Зипурски, СЛ, Матсудариа, П., Балтиморе, Д., Дарнелл, Ј. 2003. Целијска и молекуларна биологија. Уредништво Медица Панамерицана, Буенос Аирес, Богота, Каракас, Мадрид, Мексико, Сао Пауло.
6. Паппас, КМ, Веингарт, ЦЛ, Винанс, СЦ 2004. Хемијска комуникација у протеобактеријама: биохемијска и структурна испитивања синтазних синтаза и рецептора потребних за међућелијску сигнализацију. Молекуларна микробиологија, 53: 755–769.
7. Пербал, Б. 2003. Кључна је комуникација. Ћелијска комуникација и сигнализација. Редакција, 1-4.